JP4188057B2

JP4188057B2 - 消音器とその製造方法

Info

Publication number: JP4188057B2
Application number: JP2002321111A
Authority: JP
Inventors: 善光恒川; 稔郎沢木
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP2004156474A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は消音器とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に搭載される内燃機関の排気系に使用される消音器の製造方法として、円筒状の外筒の両側における端部と、該外筒の両側を閉塞する端板（エンドプレート）の端部とを、巻締め加工（カーリング形式のシーミング）により接合する方法が一般に知られている。
【０００３】
また、近年、消音器の生産性向上（結合スピードの向上）、気密性確保（排気ガスの洩れ防止）およびカーリング部廃止による材料費低減として、前記の巻締め加工に代わり、レーザ溶接による接合が要求されている。
【０００４】
この要求に応えるため、例えば図８に示すように、消音器を形成する外筒１０１と端板１０２との重ね合わせ面１０３を、消音器本体の軸心と略平行に形成して該外筒１０１と端板１０２とを挿入または巻回し、その重ね合わせ面１０３に対して略直角に貫通レーザ光Ｌを照射して消音器本体の円周方向に沿って全周にわたって接合一体化した消音器が知られている（特許文献１および２参照）。これを第１の従来の技術とする。
【０００５】
また、図９に示すように、テーパ部２０１を形成した封止部材２０２と薄肉状のパイプ２０３とからなり、パイプ２０３の端部に封止部材２０２のテーパ部２０１を圧入嵌合し、パイプ２０３の端部をテーパ部２０１のテーパ形状に沿って変形させて封止部材２０２に密着させ、封止部材２０２の段付面２０４とパイプ２０３の板厚面２０５との突き合わせ部２０６をレーザ光Ｌで溶接するようにしたパイプの溶接方法が知られている（特許文献３参照）。これを第２の従来の技術とする。
【０００６】
更に、図１０に示すように、円筒３０１と蓋３０２の端面に、その板厚方向にテーパ面３０３を形成して、これらのテーパ面３０３を密着させて溶接するレーザ溶接継手構造も知られている（特許文献４参照）。これを第３の従来の技術とする。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３１４５３１４号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】
特開昭５９−１６２３１８号公報（第２頁、第３図）
【特許文献３】
特許第２６２３６５０号公報（第２頁、第１図）
【特許文献４】
特開昭６２−２３４６８４号公報（第３〜４頁、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザ溶接は、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の他の溶接に比べて、溶接速度を速くすることができ、また、スパッタが発生しにくい等のメリットがある反面、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接では溶接部材同士の隙間が１．２ｍｍ程度でも溶接できるのに対して、レーザ溶接では溶接部材同士の隙間が０．２〜０．３ｍｍ以上であると溶接不良が発生しやすいため、溶接部材同士を隙間なく密着させなければならない問題がある。
【０００９】
したがって、前記第１の従来の技術のように、その外筒１０１と端板１０２とを挿入または巻回してなる構造においては、その重ね合わせ面１０３の隙間を全周にわたって０．２〜０．３ｍｍ以下にすることが困難であるため、レーザ溶接が困難である。また、その溶接を確実に行うためには、その外筒１０１の単品寸法および端板１０２の単品寸法の高精度化や位置決め治具、芯出し治具の高精度化が要求される問題がある。
【００１０】
また、前記第２の従来の技術においては、接合部材相互を密着できるが、封止部材２０２の圧入時に、該封止部材２０２が変形しないように封止部材２０２の板厚をパイプ２０３に比べて厚くし、剛体としなければならないため、この接合方法を外筒と端板が同じ材質、板厚（例えばＳＵＳ４３２Ｔ，０．８ｍｍ）で形成される自動車用消音器の製造に適用することは不適当である。また、段付面２０４とパイプ２０３の突き合わせ溶接であるため、パイプ２０３が、自動車用消音器の外筒のような薄肉であると、そのパイプ２０３側が溶け易いという問題がある。更に、封止部材２０２のテーパ部２０１にパイプ２０３をなつかせて密着させる構造であるため、封止部材２０２のテーパ形状の精度によって密着性が左右され、テーパ形状の高精度化が要求される問題がある。
【００１１】
また、前記第３の従来の技術においては、円筒３０１の板厚方向にテーパ面３０３を形成するため、自動車用消音器のように、薄板の外筒（例えば板厚０．８ｍｍ）の場合には、この接合方法は不適当である。
【００１２】
そこで本発明は、前記の各問題を解決する消音器とその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、板材を椀状に加工して形成された２個の外筒をレーザ溶接により一体的に接合する消音器において、一方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し外側に折曲したフランジ部が形成され、他方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し内側に折曲したフランジ部が形成され、前記両外筒の開口側を相互に対向して前記両フランジを相互に重ね合わせレーザ溶接により貫通溶接したことを特徴とする消音器である。
【００１４】
請求項２記載の第２の発明は、前記第１の発明において、前記２個の外筒のうち、外側に位置するフランジを有する側の外筒において、その軸方向の開口部から内側に入った位置に隔壁が固着されていることを特徴とする消音器である。
【００１８】
請求項３記載の第３の発明は、板材を椀状に加工して形成された２個の外筒をレーザ溶接により一体的に接合する消音器の製造方法において、一方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し外側に折り曲げられたフランジ部を形成し、他方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し内側に折り曲げられたフランジ部を形成し、前記両外筒の開口側を相互に対向させて前記両フランジ部を相互に重ね合わせ、前記両外筒を軸心に沿って相互に近接方向に押圧しながら前記重ね合わせ面に対して直交する方向からレーザ光を照射し、両フランジ部をレーザ溶接により貫通溶接したことを特徴とする消音器の製造方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図１乃至図７に示す実施例に基づいて説明する。
【００２４】
図１は第１実施例を示す。
消音器１の外壁は２個の外筒２，３で構成されており、該外筒２，３は金属製の平板を、例えばパンチとダイスを用いたプレス加工等による深絞り成形によって一方が開口した椀状に形成されており、筒状の一般部２ａ，３ａと底部２ｂ，３ｂを有する。この椀状の成形方法は前記の方法に限るものではない。更に、その径、深さ、断面形状とも任意である。更に、図の例では２個の椀状の外筒２，３を用いたが、これら２個の外筒２，３間に更に筒状の外筒を介在して消音器の外壁を構成してもよい。前記両外筒２，３は金属製の板材からなるため、この構成材を板状部材２ｃ，３ｃとする。
【００２５】
消音器１の一方の外筒２を構成する一方の板状部材２ｃの開口周縁部には，図１（ａ）に示すように、外筒２の軸心（消音器の軸心）Ｘ−Ｘに対して所定の角度θ，例えば略４５°で、外筒２の外側へ折曲したテーパ状の一方のフランジ部４が形成されている。また、他方の外筒３を構成する他方の板状部材３ｃの開口周縁部には，前記一方のフランジ部４の傾斜角θに沿った角度で、外筒３の内側へ折曲したテーパ状の他方のフランジ部５が形成されている。なお、前記一方のフランジ部４を内側へ折曲し、他方のフランジ部５を外側へ折曲してもよい。更に、前記角度θは、４５°に限定されるものではなく、外筒２，３の軸心（消音器の軸心）Ｘ−Ｘに対して直角以外で傾斜していればよい。更に、前記一方のフランジ部４と他方のフランジ部５の角度θは同一角度でなくてもよく、両フランジ部４，５を相互に押し付けた際に、該両フランジ部４，５間に隙間が生じないように略同一角度に設定してもよい。更に、一方のフランジ部４と他方のフランジ部５は、外筒２，３、すなわち、板状部材２ｃ，３ｃの全周にわたって形成されている。
【００２６】
前記両フランジ４，５の成形方法は、例えばパンチによるプレス加工や、スピニング加工等で成形することができ、特に限定するものではない。
【００２７】
図１に示す実施例においては、一方の外筒２内、すなわち、一方の板状部材２ｃ内に隔壁６が嵌合配置されている。該隔壁６は、一方の板状部材２ｃの開口部から若干内側に入った位置に配置され、かつ該隔壁６の外周面が一方の板状部材２ｃの内面にスポット溶接７などにより固着されている。
【００２８】
また、一方の外筒２の底部２ｂと隔壁６間には、小孔８を穿設したインレットパイプ９が貫通架設され、他方の外筒３の底部３ｂと隔壁６間にはアウトレットパイプ１０が貫通架設されている。これら内部構成部品である隔壁６とインレットパイプ９とアウトレットパイプ１０は公知のものであり、これらは図１の構造に限るものではなく、個数、形状、配置レイアウト、接合手段等は任意である。
【００２９】
次に、前記第１実施例における製造方法について説明する。
先ず、隔壁６にインレットパイプ９およびアウトレットパイプ１０を挿通するとともに公知のカシメ接合１１により一体的に組み付けてサブアッセンブリとする。
【００３０】
次に、前記サブアッセンブリを一方の外筒２の開口側から挿入するとともにインレットパイプ９の先端側を一方の外筒２の底部２ｂに貫入し、隔壁６と一方の外筒２における一般部２ａの板状部材２ｃとをスポット溶接７で固着する。
【００３１】
次に、他方の外筒３の開口側を前記一方の外筒２の開口側に対向させて、両外筒２と３の一方のフランジ部４と他方のフランジ部５同士が重なりあうように配置するとともに、アウトレットパイプ１０の後端側を他方の外筒３の底部３ｂに貫入する。
【００３２】
次に、両外筒２と３を、該外筒２，３の軸心、すなわち消音器の軸心Ｘ−Ｘに沿って相互に近接する方向Ａへ適宜加圧手段（図示せず）により押圧して両フランジ部４，５を圧着しながら、両フランジ部４，５の重ね合わせ面１２に対して略直角にレーザ光Ｌを外筒２の外部から照射し、より詳しくは、フランジ４の表面に照射し、例えばレーザ光Ｌを発する溶接トーチ側を軸心Ｘ−Ｘを中心として回転させ、外筒２，３の周方向、すなわち板状部材２ｃ，３ｃの円周方向に沿って全周または部分的に貫通溶接し、両フランジ部４，５を一体化させる。
【００３３】
なお、前記の貫通溶接は、図１（ｃ）に示すように、レーザビームを２枚のフランジ部４，５に貫通させる溶接Ｗ１と、図１（ｄ）に示すように、レーザビームを１枚のフランジ部４だけ貫通させ、残りのフランジ部５は板厚方向の途中までとする溶接Ｗ２も含むものである。
【００３４】
前記の貫通溶接時には、両フランジ部４，５が相向き合うテーパ状であること、および両フランジ部４，５を近接方向に押圧しながらレーザ溶接することにより、両フランジ部４，５同士の単品形状の角度、フランジ面精度がバラついていたとしても、両フランジ部４，５同士が変形し、互いになつき合って密着し、その重ね合わせ面１２の隙間を全周にわたってなくすことができ、安定したレーザ溶接が可能になる。
【００３５】
また、溶接進行途中において発生する動的な隙間に対しても、両フランジ部４，５同士を近接方向に押圧しながらレーザ溶接することにより、両フランジ部４，５同士が互いになつき合って密着し、同様に安定したレーザ溶接が可能になる。
なお、前記動的な隙間とは、フランジ部全体（全周）への溶接による入熱量は、溶接の進行とともに増加するため、フランジ部の熱歪量は全周にわたって一定ではなく、溶接の進行途中（開始から終了までの間）において進行方向で隙間の大きさが変動することをいう。
【００３６】
また、外側に位置するフランジ部４を有する側の外筒２に隔壁６を固設したので、この隔壁６の存在により外筒２の一般部２ａ、すなわち板状部材２ｃの一般部の剛性が高くなり、押圧時における板状部材２ｃの一般部の変形（口開き）が防止され、両フランジ部４，５のみが変形し、互いになつき合って密着する。したがって、消音器のように外筒、すなわち板状部材４，５の板圧が０．数ｍｍと薄い場合には有効である。
【００３７】
また、図１に示す実施例のように、椀状に形成された外筒を２個設けて、これらの開口部にフランジ部４，５を形成し、該フランジ部４，５を相互に接合して消音器１を構成するようにしたものにおいては、消音器１全体としての外壁の接合箇所が１箇所となり、レーザ溶接工程が少なくてすむ効果がある。
【００３８】
図２は第２実施例を示す。
本第２実施例は、前記実施例における内側に位置する他方のフランジ部５を変形させたものである。
【００３９】
すなわち、前記他方のフランジ部５を径方向の外側へ山状に屈曲させたリブ状フランジ部５Ａとし、両外筒２，３の一般部２ａ，３ａの外径Ｒを同径にしたものである。その他の構造および製造方法は前記第１実施例と同様である。なお、このリブ状フランジ部５Ａを谷状に形成し、フランジ部４を内側へ折曲してもよい。
【００４０】
本第２実施例においては、フランジ部４，５Ａの成形前段階における一方の外筒２と他方の外筒３の外径Ｒを同径にすることができ、深絞りのパンチとダイスを１種類だけ用意すればよい特長がある。
【００４１】
前記第１実施例のように、一方の外筒２と他方の外筒３の外径が異なるものにおいては、パンチとダイスを２種類用意する必要があり、型費が嵩むのに対し、本第２実施例では型費が低減され、かつ、フランジ部４，５Ａの成形前段階における一方の外筒２と他方の外筒３の共通化を図ることができる。
【００４２】
なお、本第２実施例のように、リブ状フランジとした場合においても、前記第１実施例と同様に、一方の外筒２における一般部２ａの外径Ｒと他方の外筒３における一般部３ａの外径Ｒを異ならしめてもよい。
【００４３】
図３は第３実施例を示す。
本第３実施例は、前記第２実施例（図２）のリブ状フランジ５Ａの先端部に、外筒２の軸心Ｘ−Ｘと平行に延長する延長片５ａを形成したリブ状フランジ５Ｂとしたものである。
【００４４】
その他の構造および製造方法は前記第２実施例と同様である。
本第３実施例においても前記第２実施例と同様の効果を発揮できる。
【００４５】
なお、本第３実施例のように、リブ状フランジ５Ｂとした場合においても、前記第１実施例と同様に、一方の外筒２における一般部２ａの外径Ｒと他方の外筒３における一般部３ａの外径Ｒを異ならしめてもよい。
【００４６】
図４は第４実施例を示す。
本第４実施例は、前記第２実施例（図２）のリブ状フランジ部５Ａを外側へコの字状に形成したリブ状フランジ部５Ｃとしたものである。また、一方のフランジ部４の先部４ａは、前記リブ状フランジ部５Ｃの外面まで延長されている。
【００４７】
その他の構造および製造方法は前記第２実施例と同様である。
本第４実施例においても前記第２実施例と同様の効果を発揮できる。
【００４８】
なお、本第３実施例のように、リブ状フランジ５Ｃとした場合においても、前記第１実施例と同様に、一方の外筒２における一般部２ａの外径Ｒと他方の外筒３における一般部３ａの外径Ｒを異ならしめてもよい。
【００６１】
図５はレーザ溶接の他の方法を示すもので、前記のように、例えば第１実施例の両フランジ部４，５を圧接した状態において、他方の外筒３に形成したアウトレットパイプ１０の挿通穴１５を通じてレーザ光Ｌをフランジ部５の内部側から照射するようにしたものである。このレーザ光Ｌの照射時にインレットパイプ９やアウトレットパイプ１０が存在するとこれらがレーザ光Ｌの照射の妨げとなるため、インレットパイプ９とアウトレットパイプ１０は、レーザ光Ｌによる溶接後に組み付ける。すなわち、隔壁６を予め一方の外筒２内に前記のように配置固着しておき、レーザ光照射後に、インレットパイプ９およびアウトレットパイプ１０を挿入し、この両パイプ９，１０の内側から両パイプ９，１０を隔壁６にカシメて、カシメ接合１１により固定する。
【００６２】
この実施例によれば、レーザ貫通溶接による裏ビードを消音器１の外部から目視で確認できる。
【００６３】
このような図５に示す溶接方法を、前記各実施例について適用してもよい。
以上の実施例の他に、次のような実施例でもよい。
【００６４】
前記図２および図３に示すリブ状のフランジ部５Ａ，５Ｂの径寸法を、一方のフランジ部４の径寸法よりも若干大きく設定し、一方のフランジ部４をリブ状フランジ部５Ａ，５Ｂで拡径させながら両フランジ部を密着させる、圧入式としてもよい。
【００６５】
また、図１〜図４に示すフランジ部において、両フランジ部を接触させた後に、一方のフランジ部４の外側から他方のフランジ部５，５Ａ〜５Ｄに向けて、スピニング加工やスウェージング加工等により縮径加工を施して両フランジ部を絞り、両フランジ部をなつかせるようにしてもよい。
【００６６】
更に、前記各実施例におけるレーザ光Ｌを発する溶接トーチを図６に示すように、消音器１の円周方向において２個、略１８０°で対向する位置に配置し、該２個の溶接トーチ２１，２２を、円周方向に沿って同方向へ同時に半周ずつ走らせて、溶接ａと溶接ｂを同時に半周ずつ行うようにしてもよい。
【００６７】
これにより、１個の溶接トーチで全周溶接する場合に比べて、溶接時間が半分に短縮される。また、入熱バランスがよく、溶接熱によるワーク歪（熱変形）を抑えることができ、両フランジ相互の密着性が高まる。
【００６８】
なお、この溶接トーチの個数は等間隔に３個以上設けてもよい。
図７は前記図１乃至図４に示す実施例におけるレーザ貫通溶接の検査方法の実施例を示す。
【００６９】
前記図１乃至図４に示す実施例では、レーザ貫通溶接によって生じる裏波（裏ビード）が消音器１の内部に形成されるため、消音器１の外部からは裏波を目視で確認しずらく、また、過流深傷等の方法も取れない。
【００７０】
そこで、図７に示すように、例えばインレットパイプ９を通じて光センサ３１を消音器１内に挿入配置し、フランジ部４，５において、レーザ光によるレーザ溶接Ｗが貫通したときに、その裏波側から出るアークを前記の光センサ３１などで検知して、貫通溶接を確認するようにしたものである。なお、前記光センサ３１の代わりに、熱センサを用いて、貫通溶接時に消音器１内に生じる熱によって確認するようにしてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のようであるから、請求項１記載の発明によれば、両フランジ部を、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜させたので、重ね合わせた両フランジ部を消音器の軸心方向に沿って近接方向に押圧しながらレーザ溶接することにより、フランジ部同士の単品状態での角度やフランジ面精度がバラついていても、両フランジ部同士が変形し、互いになつき合って密着し、重ね合わせ面の隙間を全周にわたってなくし、安定したレーザ溶接が可能になる。
【００７２】
更に、消音器の外壁が、２個の椀状物を、各開口側で嵌合して構成されるため、その１個の嵌合部における両フランジ部を溶接するのみでよく、溶接箇所が１箇所となり、レーザ溶接工程が少なくてすむ効果がある。
【００７６】
請求項３の発明によれば、前記の効果を発揮する消音器の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すもので、（ａ）は消音器全体の断面図、（ｂ）は（ａ）における丸部Ｂの拡大断面図、（ｃ）（ｄ）は貫通溶接を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施例を示す接合部の拡大断面図。
【図３】本発明の第３実施例を示す接合部の拡大断面図。
【図４】本発明の第４実施例を示す接合部の拡大断面図。
【図５】本発明におけるレーザ光の照射方法の実施例を示す断面図。
【図６】本発明における溶接方法の実施例を説明する図。
【図７】本発明における溶接検査方法の実施例を説明する図。
【図８】第１の従来の構造を示す断面図。
【図９】第２の従来の構造を示す断面図。
【図１０】第３の従来の構造を示す断面図。
【符号の説明】
１消音器
２，３外筒
２ｃ，３ｃ板状部材
４フランジ部
５，５Ａ〜５Ｅフランジ部
Ｌレーザ光
Ｘ−Ｘ消音器の軸心

Claims

板材を椀状に加工して形成された２個の外筒をレーザ溶接により一体的に接合する消音器において、一方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し外側に折曲したフランジ部が形成され、他方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し内側に折曲したフランジ部が形成され、前記両外筒の開口側を相互に対向して前記両フランジを相互に重ね合わせレーザ溶接により貫通溶接したことを特徴とする消音器。
前記２個の外筒のうち、外側に位置するフランジを有する側の外筒において、その軸方向の開口部から内側に入った位置に隔壁が固着されていることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
板材を椀状に加工して形成された２個の外筒をレーザ溶接により一体的に接合する消音器の製造方法において、一方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し外側に折り曲げられたフランジ部を形成し、他方の外筒の開口周縁部に、消音器の軸心に対して直角以外の所定の角度で傾斜し内側に折り曲げられたフランジ部を形成し、前記両外筒の開口側を相互に対向させて前記両フランジ部を相互に重ね合わせ、前記両外筒を軸心に沿って相互に近接方向に押圧しながら前記重ね合わせ面に対して直交する方向からレーザ光を照射し、両フランジ部をレーザ溶接により貫通溶接したことを特徴とする消音器の製造方法。