JP2007107624A

JP2007107624A - 継手構造

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Publication number: JP2007107624A
Application number: JP2005299664A
Authority: JP
Inventors: Kohei Muraki; 晃平村木; Kazuhiko Kai; 一彦甲斐
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】管体とフランジとを隅肉溶接する継手構造において、低コストで、確実な溶接が可能な継手構造を提供する。
【解決手段】管体１より肉厚のフランジ２の貫通孔３に管体１の端部１ａを嵌入し、管体１とフランジ２とを隅肉溶接した継手構造１０であって、前記フランジ２における前記貫通孔３の外周のフランジ面に環状凹部５を形成するとともに、前記環状凹部５と貫通孔３周縁との境界に環状凸部６を形成し、前記環状凸部６と管体１とを隅肉溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は継手構造に関するもので、例えば自動車などの車両における内燃機関の排気管等の締結に用いる継手構造に関する。

従来、車両用の内燃機関の排気管の継手構造として、排気管端部に肉厚のフランジを溶接固定し、このフランジを介して、ボルト・ナット等により排気管と他の部材とを締結することが一般に行なわれている。

そして、前記の排気管の端部にフランジを溶接固定する方法として、図４に示すように、肉厚のフランジ１０１に穿設された貫通孔１０２内に排気管１０３端部を嵌入し、フランジ１０１と排気管１０３間を、図４のＷ_１で示す位置において溶接トーチ１０４で隅肉溶接して固定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、これを従来技術１とする。

しかし、このような隅肉溶接においては、フランジ１０１の肉厚が排気管１０３の肉厚に対してはるかに大きいことから、フランジ１０１と排気管１０３とのそれぞれの熱容量（ヒートマス）に大きな差があるために、排気管１０３とフランジ１０１に対して同じようにアークやレーザで入熱しても熱容量の小さい排気管１０３の方が先に溶け落ちてしまい溶接が成立しない場合がある。

上記の問題を避けるために、入熱の狙い位置（トーチ狙い）を熱容量の大きい側へ偏移させることが行なわれるが、溶接箇所自体がずれてしまうために、本質的な解決とはならない。

一方、上記問題点を解決するものとして、図５に示すように、フランジ２０１のフランジ面（排気管２０２との接合側面２０１ａ）に熱容量が排気管２０２に近い立上り部（筒状部）２０３を一体に設け、この立上り部２０３の先端部と排気管２０２とを溶接トーチ２０４により溶接Ｗ_２で固着したものが知られている。これにより、溶接箇所における排気管２０２と立上り部２０３との熱容量の差は微小となり、正常な隅肉溶接が行い易くなる（特許文献２参照）。以下、これを従来技術２とする。
特開平１０−１８８３８号公報特開平９−２０３４８７号公報

前記従来技術２の継手構造のように、フランジ２０１と立上り部（筒状部）２０３を一体形成するためには、熱間鍛造や切削加工等の高価で時間を要する加工が必須となり、従来技術１のように、フランジ１０１をプレス打ち抜きのみにより製造する継手構造と比較すると、製造コストが高く、手間を要するという問題点がある。

また、従来技術２の継手構造は、従来技術１の継手構造と比較して、フランジ２０１に立上り部２０３を付加する必要があることから、継手構造の重量が増加してしまい、昨今の車両の軽量化要請の観点からも望ましくない。

そこで、本発明は低コストで、確実な溶接が可能な継手構造を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、管体より肉厚のフランジの貫通孔に管体の端部を嵌入し、管体とフランジとを隅肉溶接した継手構造であって、
前記フランジにおける前記貫通孔の外周のフランジ面に環状凹部を形成するとともに、前記環状凹部と貫通孔周縁との境界に環状凸部を形成し、
前記環状凸部と管体とを隅肉溶接したことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記環状凹部を、前記貫通孔と同心状に形成したことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記環状凹部を、管体を嵌入する側のフランジ面に形成し、かつ、該管体を嵌入する側のフランジ面へ向かって拡開する略Ｕ字状断面に形成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、環状凸部を前記従来技術２における立上り部と同様な立上り部として利用して、管体と環状凸部とを隅肉溶接を行うことから、この環状凸部の形状を、その熱容量が管体の熱容量に近い形状となるように設定することにより、前記従来技術１のような熱容量の差に起因する溶接不具合を解消でき、確実な溶接が行える。

また、一般的な厚板状のフランジは、プレス打ち抜き工法で形成されるので、その工程に併合あるいは連続して環状凸部及び環状凹部を形成（例えば、型押圧による凹凸形成）することにより、環状凸部が容易に形成でき、従来技術２のような熱間鍛造や切削加工等の高価で時間を要する特別な加工が不要で、低コストで容易に製造できる。

また、フランジを形成するための板材の一部を利用して環状凸部及び環状凹部を形成するために、前記従来技術２のようにフランジを形成するための板材とは別に立上り部を付加する必要がなく、継手構造の重量は増加することがない。

請求項３記載の発明によれば、更に、環状凹部を管体を嵌入する側のフランジ面に向かって拡開する略Ｕ字断面に形成したことにより、溶接トーチや溶接ワイヤとフランジ間にクリアランスが確保でき、溶接トーチや溶接ワイヤとフランジとの干渉を避けることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１を示す。
図１は、金属製の管体１と金属製のフランジ２とを溶接する状態を示す軸方向断面図で、管体１の軸芯Ｘ−Ｘより右半分を表している。

前記フランジ２は、前記管体１より肉厚の板状に形成されており、例えば、一般的な排気管に用いられる管体１の厚みＤ１は０．５〜２ｍｍ程度であり、フランジの厚みＤ２は１０〜２０ｍｍ程度である。

前記管体１は、その横断面が環状の管形状であれば良く、一体形成されたパイプでもモナカ半体の溶接合わせ構造体でもよく任意の構造のものを用いることが出来る。

前記フランジ２の中央部には、表裏方向に貫通する環状の貫通孔３が穿設され、該貫通孔３の内径と管体１の外径は略同じ径に設定されている。また、該フランジ２の外周部には、該フランジ２と他部品との締結時にボルトを挿通するためのボルト挿通孔４が表裏方向に貫通穿設されており、該ボルト挿通孔４は複数個周方向にに適宜間隔を有して設けられている。

前記フランジ２における表裏面（フランジ面）のうち管体１を嵌入する側の面（溶接側面）２ａ（図１の上面）における貫通孔３周縁の外周には、貫通孔３と同心円状の環状に形成された環状凹部５が形成されている。該環状凹部５は、フランジ２のプレス加工時に加圧してフランジ２と一体形成されている。

該環状凹部５は、その径方向断面において、その底面から管体１を嵌入する側のフランジ面（以下、嵌入側面ともいう）２ａに向かって拡開する、略Ｕ字状断面の溝に形成されている。環状凹部５の内周側（図１の左方）の斜面５ａは前記貫通孔３の近傍まで延設されている。そして、その斜面５ａの上部から貫通孔３側に向って若干下降し、環状凹部５と貫通孔３の周縁との境界には、上向きの凸断面形状となる環状凸部６が形成されている。該環状凸部６の頂点（稜線）６ａには、若干Ｒが付けられている。

該環状凸部６の頂点６ａは、図１に示すように、フランジ２における管体１を嵌入する側のフランジ面２ａよりも突出しないように形成されている。図１において破線はフランジ面の延長線を示す。

一般的な厚板状のフランジ２は、板材からプレス打ち抜きされると同時に孔抜き加工されるため、この加工後に環状凹部５及び環状凸部６を切削加工などにより形成してもよいが、前記のプレス加工の工程内に、環状凹部５及び環状凸部６を形成する工程を織り込むと生産効率が向上する。具体的には、フランジ２を成形するための上型の一部又は専用パンチ等により、板材表面を押圧して環状凹部５を形成する際に、この環状凹部５に位置していた材料（余肉）を内周（貫通孔３）方向へ積極的に塑性流動させて、その材料（余肉）により環状凸部６を形成することが望ましい。ただし、環状凹部５に位置していた材料を全て環状凸部６へ移動させることは困難であり、実際には環状凹部５に位置していた材料のうち５〜６割の材料により環状凸部６が形成される。このことを留意して、環状凹部５及び環状凸部６を設計する必要がある。また、該環状凸部６は、その熱容量が管体１の熱容量に近くなるような形状に形成されている。

前記のフランジ２を用いて、これと前記の管体１を接合するために、前記フランジ２の貫通孔３内に前記管体１の端部１ａを嵌入し、管体１とフランジ２の環状凸部６とを隅肉溶接する。管体１とフランジ２を固着することにより、継手構造１０が形成される。

上記のような構造を有することにより、次のような、作用、効果を奏する。
環状凸部６を前記従来技術２における立上り部と同様な立上り部とし、かつ、環状凸部６の熱容量が、管体１の熱容量に近くなるように環状凸部６の形状を設定することにより、前記従来技術１のような熱容量の差に起因する溶接不具合を解消でき、確実な溶接が行える。

また、一般的な厚板状のフランジは、プレス打ち抜き工法で形成されるので、その工程に併合あるいは連続して環状凸部６及び環状凹部５を形成（例えば、型押圧による凹凸形成）することにより、環状凸部６は容易に形成でき、従来技術２のような熱間鍛造や切削加工等の高価で時間を要する特別な加工が不要で、低コストで容易に製造できる。

また、フランジ２の板材の一部を利用して環状凸部６を形成するため、従来技術２のようにフランジ２とは別に立上り部を付加する必要がなく、継手構造１０の重量は増加することがない。

また、本実施例１のように、環状凸部６の頂点６ａを、フランジ２のフランジ面よりも低くすることにより、環状凸部６の形成は容易に行なえる。また、環状凹部５を上向き（嵌入側面２ａ）に拡開する略Ｕ字断面に形成したことにより、図１に示すように、溶接トーチ１１及び溶接ワイヤ１２とフランジ２間にクリアランスＤ３が確保でき、このクリアランスＤ３により、溶接トーチ１１及び溶接ワイヤ１２とフランジ２との干渉を避けることができる。更に、環状凹部５を、前記の干渉を避ける形状に形成することも容易である。

図２は、本発明の実施例２を示す。
本実施例２は、前記実施例１の環状凸部６及び環状凹部５の形状が異なる変形例である。

前記実施例１においては、環状凸部６の頂点６ａを、フランジ２のフランジ面（嵌入側面２ａ）よりも低く形成したが、本実施例２は、前記の環状凸部６と同様の環状凸部２０の頂点２０ａを、フランジ２のフランジ面（嵌入側面２ａ）よりも高く形成したものである。

この環状凸部２０及び環状凹部２１の成形方法は、前記実施例１の環状凸部６及び環状凹部５の成形方法と同様であるが、前記実施例１の環状凸部６の頂点６ａよりも、環状凸部２０の頂点２０ａを高く形成するために、前記実施例１よりも移動させる材料（環状凹部２１に位置していた材料）を多く確保する必要があるため、環状凹部２１の断面を、図２に示すように、大径（広く）に形成している。

そのため、環状凹部２１とボルト挿通孔４の座面との干渉等が生じる可能性があるが、この干渉が生じなければ、この実施例２を用いることが好ましい。

その他の構造は、前記実施例１と同様であるため、前記と同様の部材には前記実施例１と同様の符号を付し、説明を省略する。

本実施例２においても、前記実施例１と同様の作用、効果を奏する。
本実施例２においては、更に、環状凸部２０の頂点２０ａを、フランジ２のフランジ面（嵌入側面２ａ）よりも高く形成するため、前記実施例１よりも成形が困難であるが、前記実施例１よりも溶接トーチ１１及び溶接ワイヤ１２とフランジ２間のクリアランスＤ３を広く確保でき、溶接性は向上する。

図３は、本発明の実施例３を示す。
本実施例３は、前記実施例１、２の環状凸部６、２０及び環状凹部５、２１の形状が異なる変形例である。

本実施例３は、前記環状凸部６、２０と同様の環状凸部３０の頂点３０ａを、フランジ２のフランジ面（嵌入側面２ａ）と略同等の高さに形成したものである。

この環状凸部３０及び環状凹部３１の成形方法は、前記実施例１、２の環状凸部６、２０及び環状凹部５、２１の成形方法と同様である。本実施例３においては、環状凹部３１を前記実施例１、２の環状凹部５、２１よりも深く形成して、環状凸部３０及び環状凹部３１の形成時に、環状凹部３１に位置していた材料を外周側へも塑性流動させて、前記実施例１、２においては形成されない第２の環状凸部３２を形成したものである。

その他の構造は、前記実施例１、２と同様であるために前記実施例１、２と同様の部材には前記と同様の符号を付し、説明を省略する。

本実施例３においても、前記実施例１、２と同様の効果を奏する。
なお、前記実施例１乃至３のいずれを使用するかは、設計要件や加工要件に応じて適宜選択して使用する。

また、フランジ２に対する管体１の接合本数や、ボルト挿通孔４の数は任意に設定する。

また、フランジ２における管体嵌入側と反対の面に位置して貫通孔３の周縁にガスケット挿入座面（段差）等を設けることも任意である。

本発明の実施例１における管体とフランジとを溶接する状態を示す軸方向断面図。本発明の実施例２における管体とフランジの関係を示す軸方向断面図。本発明の実施例３における管体とフランジの関係を示す軸方向断面図。従来技術１を示す管体とフランジとを溶接する状態を示す軸方向断面図。従来技術２を示す管体とフランジとを溶接する状態を示す軸方向断面図。

符号の説明

１管体
１ａ管体の端部
２フランジ
２ａ管体を嵌入する側のフランジ面（嵌入側面）
３貫通孔
５、２１、３１環状凹部
６、２０、３０環状凸部
１０継手構造

Claims

管体より肉厚のフランジの貫通孔に管体の端部を嵌入し、管体とフランジとを隅肉溶接した継手構造であって、
前記フランジにおける前記貫通孔の外周のフランジ面に環状凹部を形成するとともに、前記環状凹部と貫通孔周縁との境界に環状凸部を形成し、
前記環状凸部と管体とを隅肉溶接したことを特徴とする継手構造。
前記環状凹部を、前記貫通孔と同心状に形成したことを特徴とする請求項１記載の継手構造。
前記環状凹部を、管体を嵌入する側のフランジ面に形成し、かつ、該管体を嵌入する側のフランジ面へ向かって拡開する略Ｕ字状断面に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の継手構造。