JP2003019574A - 管状部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ２つ以上の部材を摩擦圧接で接合される管状
部材であって、接合部の内周側に突出するバリを抑え
て、流体の流れの乱れを防止し、排気ガスなどの流体が
圧接部に直接あたらずに圧接部の酸化や腐食を緩和し、
接合部の変形やき裂がなく、耐久性が高く、安定した接
合状態を確保し、管状部材として安定した性能を発揮す
るコンパクトで安価な管状部材を提供する。 【解決手段】 ２つ以上の部材を摩擦圧接で接合される
管状部材の、いずれか一方または両方の管状部材の接合
する端部の端面１５，２３ａに、径方向で内周面より外
側で、かつ、軸方向で外側に突出する円筒状突出部１１
を形成し、この円筒状突出部と端部の端面とで凹部１２
ａを形成し、摩擦圧接で生じた溶融排出物を、凹部で収
容するとともに、凹部の相対する端面同士で押しつぶす
ことで、圧接部９ａの接合と、圧接部以外の端部の端面
との接合を以って両部材を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つ以上の部材を
摩擦圧接にて接合される管状部材に関し、例えば自動車
等の内燃機関において、摩擦圧接で接合される排気系部
品に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジンの排気系部品は、近
年、環境問題及び燃費改善等の問題により、重要性が増
してきている。例えば、環境問題に関連して、排気ガス
中の有害成分を浄化するひとつの装置として触媒コンバ
ータがあり、排気ガス温度により触媒担体に担持した触
媒を活性化温度以上に加熱することにより触媒作用を起
こしている。触媒コンバータには、触媒の配置の違いに
より、排気マニホルドから離れたフロントパイプの後ろ
に置く床下触媒と、排気マニホルド直後に置くマニホル
ド触媒、またはこれらを組合せた触媒がある。従来は、
床下触媒が一般的であったが、エンジン始動直後の触媒
の昇温特性が良く、またエンジン運転中の排気ガス浄化
性能に優れるマニホルド触媒が増加している。

【０００３】従来のマニホルド触媒は、排気マニホルド
と触媒ケースにフランジを形成して別体に構成し、フラ
ンジ同士をボルトなどにより連結する構造であった。し
かし、フランジの肉厚で熱容量が大きくなり、エンジン
始動直後における触媒の急速昇温を阻害して排気ガス浄
化性能の低下要因になることがあった。また、フランジ
締結構造は狭いエンジンルーム内への搭載性にも問題が
あり、よりコンパクトな形状が要求されてきている。

【０００４】また、燃費改善等の要求に関連して、燃費
の良い小さなエンジンにおいて大きな出力を得るため
に、過給機の搭載要求が強くなってきている。過給機
は、排気ガスによる排気圧力を利用してタービンブレー
ドを回転させ、このタービンブレードと軸を同一にする
コンプレッサにより外気を圧縮して、吸気側に供給して
より大きな出力を得るための排気系部品である。この過
給機もまた、エンジンルーム内への搭載性の問題によ
り、ほかの排気系部品との一体化の要求が大きくなって
きている。

【０００５】これらの問題を解決するために、特開昭５
７−２１０１１７号公報には、排気マニホルドと触媒ケ
ースとを鋳造一体として、締結フランジ部やボルト等を
なくし、さらに排気マニホルドから触媒ケースに至る排
気ガス通路長を短くして、エンジン始動直後での触媒を
急速昇温する記載がある。

【０００６】しかし、排気マニホルドと触媒ケースとが
鋳造一体のものは、排気マニホルドの排気枝管の数が特
開昭５７−２１０１１７号公報に開示するように例え
ば、２本と少ない場合には可能であるが、エンジンが高
出力になり排気マニホルドの排気枝管数が３本、４本と
多くなり、寸法が長くかつ複雑形状になるに従い、排気
マニホルドと触媒ケースを一体で鋳造することは困難に
なる。

【０００７】また、過給機においては、その構造がツイ
ンスクロールと呼ばれる、排気ガスの流入部が２箇所に
なる複雑形状のものが主流になりつつあり、ほかの排気
系部品との鋳造による一体化は困難になってきている。

【０００８】排気マニホルドと触媒ケース、または排気
マニホルドと過給機のハウジングを接合する手段とし
て、溶融溶接を用いることもできるが、溶接の熱影響に
より広い範囲に熱ひずみが発生しやすい。さらに、一方
の部材をフェライト系球状黒鉛鋳鉄として溶接するとチ
ル（セメンタイト）やマルテンサイトが発生する。特に
Ｍｏを含有する高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄はＭｏの効果により
溶接性が悪くなり、接合部にチルが発生しやすくなると
同時に、接合部近傍にマルテンサイトも発生しやすくな
る。チルの発生は高温での耐酸化性を悪化させ、特にメ
タル温度７３０℃以上の状況下においてはチルが優先的
に酸化され、接合部の強度を著しく低下させる。また、
チル及びマルテンサイトの発生は、接合部の機械的特性
を低下させ、部材の耐熱性に悪影響を及ぼすことがあ
る。発生した熱ひずみやチル及びマルテンサイトを除去
するためには熱処理工程が必要となり、生産性の低下や
コスト高を招く。

【０００９】また、溶接では接合面を少しずつ溶融接合
していくため、異なる基地組織の相を有する鋳物部材を
用いて溶接を行うと、溶接完了部において両部材の線膨
張率の違いによる両部材の熱ひずみの差により接合部に
き裂が生じやすく、健全な接合層を形成することが困難
である。特にフェライト系球状黒鉛鋳鉄とオーステナイ
ト系球状黒鉛鋳鉄では、線膨張率が大きく異なることが
知られている。

【００１０】一方、排気マニホルドと触媒ケースを接合
する手段として、排気マニホルドと触媒ケースを別体に
て製作した後、摩擦圧接にて一体化することが考えられ
てきている。例えば、特開平１０−２９０７７号公報に
は、排気ガス浄化用の触媒を担持した触媒担体を触媒ケ
ースに挿入固定した後、触媒ケースと、排気マニホル
ド、または異形断面のレジューサを介して摩擦圧接で接
合する自動車用排気系部品の接合方法の記載がある。ま
た、特開平１０−２９０７７号公報には、排気マニホル
ドとして、鋳鉄または球状黒鉛鋳鉄を用いる記載、触媒
ケースまたはレジューサの接合部が、板厚１．０〜２．
０ｍｍ、外径６０〜２００ｍｍ、外径のばらつきが真円
の±０．５％以内とする記載、また、排気マニホルド、
レジューサ、触媒担体を内装した触媒ケース、パイプ、
及びフランジを少なくとも１箇所以上摩擦圧接で接合す
る記載がある。

【００１１】上記特開平１０−２９０７７号公報によれ
ば、触媒ケースと排気マニホルドを精度良く低コストで
接合する方法とこの接合方法で一体化した自動車用排気
系部品が得られるとしている。

【００１２】本出願人も、特開平１０−２６６８３８号
公報として、排気マニホルドと触媒ケースを鋳鉄及び／
または鋳鋼とし、この排気マニホルドと触媒ケースを摩
擦圧接で接合する発明を開示している。また、特開平９
−２４２５３９号公報には、排気マニホルドと過給機の
ハウジングを摩擦圧接により、精度よく低コストで接合
する過給機付き排気マニホルドの発明を開示している。

【００１３】特開平１０−２６６８３８号公報記載の接
続構造によれば、（１）排気マニホルドの排気枝管の数
が多く、排気マニホルドや触媒ケースが複雑形状で寸法
が大きくとも、排気マニホルドと触媒ケースを一体化し
てエンジンの占有域を少なくでき、（２）排気マニホル
ドと触媒ケースを各々別体で鋳造するので、複雑な方案
を必要とせず鋳造性が向上し、（３）接合部には気孔や
介在物がなく、また熱影響部が少なくてセメンタイトは
発生せず、摩擦圧接条件を制御することで安定した品質
のものが得られ、（４）排気マニホルドから触媒ケース
に至る排気ガス通路長を短くできるので、エンジンを始
動してすぐに触媒が昇温して、排気ガス浄化が行われ、
（５）接続用フランジ部やボルト等をなくすことで材料
費が低減できる。

【００１４】また、排気マニホルドと触媒ケースを圧接
面で摩擦圧接して接続する接続構造として、特開２００
１−４１０３０号公報には、圧接面の内側に、摩擦圧接
により押し出された化合物を収容できるトラップ溝を形
成することで、化合物の脱落による触媒の破損等が防止
できる排気マニホルドと触媒ケースの接続構造の開示が
ある。そして、特開２００１−４１０３５号公報には、
排気マニホールドと触媒ケースを摩擦圧接により接合す
る接合構造において、排気マニホールドまたは触媒ケー
スの一方側を、外側と内側の２つのテーパー面を有する
凸状に形成し、他方側を、対応する外側と内側の２つの
テーパー面を有する凹状に形成し、前記外側テーパー面
の外側に、接合時に当接するストッパー面を凹状に形成
するとともに、前記内側テーパー面の内側に、摩擦圧接
により内側へ向かって発生する化合物の量の２倍以上の
面積を確保し得るトラップ面を凹状に形成することで、
内側に押し出された化合物が、トラップ面とトラップ面
で形成される空間内に収められて、触媒ケース内に内装
されている触媒を傷付けて破損することを良好に防ぐこ
とができる排気マニホールドと触媒ケースの接合構造の
開示がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−２９０７７号公報記載の接合方法は、触媒ケース
またはレジューサの接合部が、板厚１．０〜２．０ｍ
ｍ、外径６０〜２００ｍｍと薄くて比較的大径で剛性が
ない。また、薄肉のため摩擦圧力を付与した段階で発熱
量を蓄熱できず、接合部への熱量供給が不足して接合強
度が不足するおそれがある。また、アプセット工程にお
いては、摩擦圧接する部材がアプセット圧力で変形、ま
たバリが発生して、部材が触媒ケースの場合には、これ
に収納している触媒担体を損傷させ、担持している高価
な触媒を脱落させるおそれがある。さらに接合部の内周
側に突出したバリによって排気ガスの流れが乱されて、
排気ガスのエネルギー損失が生じ、排気系部品としての
性能が低下するおそれがある。また、高温の排気ガスが
通過する際に、排気ガスが圧接部に直接あたると、圧接
部の酸化が進行し耐久性を低下させ、また通過断面積を
小さくしてしまい、排気効率の低下や異常音を発生させ
るおそれがある。

【００１６】本出願人による特開平１０−２６６８３８
号公報及び特開平９−２４２５３９号公報により単に突
き合わせて摩擦圧接した場合には、摩擦圧接の際に飛散
した切粉や、接合部の内周側に発生したバリにより、触
媒ケースでは収納した触媒担体を損傷して触媒を脱落さ
せたり、過給機のハウジングでは過給機内部に装填され
るタービンブレードなどを損傷するおそれがある。

【００１７】特開２００１−４１０３０号公報記載の接
続構造は、化合物（バリ）が、万一、剥離して、脱落し
ても、これを包囲しているので、化合物が触媒側に侵入
して触媒担体を損傷することを防止できる。しかし、化
合物を包囲するのに、一方の部材を他方の部材の内側に
重ね合わせる構造なので、径方向で内周側に突出する部
分があるため、接合部の内周面に段差が生じることから
排気ガスの流れが乱されて、排気ガスのエネルギー損失
を生じ、排気系部品の性能が低下するおそれがある。ま
た、化合物を包囲するために不要な空間を形成する必要
があり、結果的に接合部の外径が大きくなり、エンジン
ルーム内への搭載性の悪化が懸念される。

【００１８】特開２００１−４１０３５号公報記載の接
続構造では、内側に押し出された化合物（バリ）を、ト
ラップ面で形成される空間内に収めることで、化合物と
内装されている触媒担体とが直接接触して、触媒担体を
破損することを防ぐことはできる。しかし、排気部品と
して使用中に化合物が剥離、脱落した場合には、化合物
を包囲する構造ではないことから、触媒側への侵入を防
止することは困難である。また、トラップ面は化合物を
収納する壁面として機能するものの、化合物の剥離その
ものを抑制する効果はあまり期待できない。さらに、径
方向で内周側に突出する部分があるため、接合部の内周
面に段差が生じることから排気ガスの流れが乱されて、
排気ガスのエネルギー損失を生じ、排気系部品の性能が
低下するおそれがある。

【００１９】また、排気系部品に限らず、管状部材の接
合に摩擦圧接による接合を適用した場合、単に一方の部
材と他方の部材を突き合せて圧接しただけでは、圧接時
に管状部材の外側（外周側）と内周側とにバリが発生す
る。特に内周側にバリが突出すると、管状部材の内部を
流体等が流れる場合においては、突出したバリが障害物
となって、流体や気体の流動を阻害する。また、例えば
熱交換器の配管などにおいては、内周側に突出したバリ
が流体の流れにより剥離、脱落して圧縮機に流入する
と、圧縮機の故障の原因となることがあるなど排気系部
品と同様の問題を抱えていた。

【００２０】さらに、管状部材の内周に摺動軸等の他部
材が嵌挿される場合などには、内周側にバリが突出した
り、これが剥離、脱落すると、他部材の嵌挿が困難だっ
たり、他部材を傷つけたり、破損させるなどの不具合を
生じることもあった。このように、発生したバリは種々
の弊害を生じるので、従来は管状部材を接合一体化した
後、内周側に生じたバリを機械加工で除去していた。し
かし機械加工によるバリの除去には加工工数及び加工費
がかさむという問題点があった。さらに、排気系部品な
ど複雑形状では機械加工のほか、各種手動工具を用いて
手作業で除去しようとしてもバリの発生部位に工具が入
らず、実質的にバリの除去が不可能な場合もあった。

【００２１】本発明は上記従来の課題に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、２つ以上の部材
を摩擦圧接で接合される管状部材であって、接合部の内
周側に突出するバリを抑えて、バリが剥離、脱落して内
部の他部材が損傷するのを防止し、管状部材の内部を排
気ガスなど流体等が流れる場合に、接合部の内周面に段
差やバリをなくして流体の流れの乱れを防止し、排気ガ
スなどの流体が圧接部に直接あたらずに圧接部の酸化や
腐食を緩和し、接合部の変形やき裂がなく、耐久性が高
く、安定した接合状態を確保し、管状部材として安定し
た性能を発揮するコンパクトで安価な管状部材を提供す
ることにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の本発明の管状部材は、２つ以上の
部材を摩擦圧接で接合される内径がほぼ同じ管状部材で
あって、いずれか一方または両方の管状部材の接合する
端部の端面に、径方向で内周面より外側で、かつ、軸方
向で外側に突出する円筒状突出部を形成し、この円筒状
突出部と端部の端面とで凹部を形成し、摩擦圧接で生じ
た溶融排出物を、凹部で収容するとともに、凹部の相対
する端面同士で押しつぶすことで、圧接部の接合と、圧
接部以外の端部の端面との接合を以って両部材を接合し
たことを特徴とする。

【００２３】いずれか一方または両方の管状部材の接合
する端部の端面に、径方向で内周面より外側で、かつ、
軸方向で外側に突出する円筒状突出部を形成し、この円
筒状突出部と端部の端面とで凹部を形成したことで、摩
擦圧接時に圧接部から排出される溶融状態の排出物（以
下、溶融排出物と云う）は、凹部に収容されるととも
に、収容した溶融排出物を摩擦圧接時のアプセット圧力
により凹部の相対する端面同士で挟み込み、押しつぶす
ことで、溶融排出物は、凹部を埋めるとともに、相対す
る端面の一部または全部に溶融固着する。従って、溶融
排出物がバリとして接合部の内周面より内側へ突出する
のを防止でき、かつ、溶融排出物が凹部の端面に溶融固
着しているのでバリとして剥離して脱落することがな
い。また、例え溶融排出物がバリとして内周面より内側
へ突出してもその大きさは極めて小さなものに抑えるこ
とができ、かつ、バリの付根側では、溶融排出物が凹部
内に固着しているので剥離して脱落することがない。こ
のように、凹部は、溶融排出物を収容してトラップ（捕
獲）するだけでなく、押しつぶすことで溶融排出物を固
着する空間として機能する。これにより、本発明の管状
部材では、接合部の内周側に突出するバリを抑えて、バ
リが剥離、脱落して内部の他部材が損傷するのを防止で
きる。例えば、排気系部品では、内周側に突出したバリ
が高温の排気ガスによる酸化で脱落して、排気系部品の
内部に侵入することを抑え、触媒担体やタービンブレー
ド等の損傷を防止できる。

【００２４】また、溶融排出物は、凹部を埋め相対する
端面の一部または全部に溶融固着するので接合媒体とし
て作用する。管状部材として必要な接合強度は、摩擦圧
接時に直接当接され、接合のための摩擦熱を発生する圧
接部において十分確保されるが、この圧接部における接
合力に加えて、さらに、凹部内の溶融排出物の接合媒体
としての接合力が加わるので、両者の接合力で接合部の
強度が向上する。即ち、両部材を圧接部の接合と、圧接
部以外の端部の端面との接合を以って接合するので、従
来の圧接部のみで接合した場合より強固に接合され、安
定した接合状態を確保した管状部材が得られる。

【００２５】また、内径がほぼ同じ管状部材であって、
接合する端部の端面に軸方向で外側に突出する円筒状突
出部を形成するのみで、バリを包囲するための突出部な
ど、径方向で内周側に突出する部分がないので、一方の
管状部材の内周面と他方の管状部材の内周面とが面一と
なり接合部の内周面に段差がほとんど生じない。また、
前述の通り内周面へのバリの突出が抑制されるので、接
合部の内周面の段差やバリが排気ガスなどの流体の流れ
を乱すことなく、流体の流れがスムーズになる。特に、
排気系部品では、排気ガスのエネルギー損失がほとんど
発生せず、排気系部品として安定した性能を発揮するこ
とができる。また、バリを包囲するための突出部など、
径方向で外周側に突出する部分がないので、接合部の外
径が大きくならず、コンパクトな管状部材となる。例え
ば、排気系部品ではエンジンルーム内への搭載性を悪化
することがない。

【００２６】また、前述の通り、管状部材として必要な
接合強度は圧接部において確保されるので、圧接部が高
温の排気ガスなどの流体に接触し、酸化や腐食して、そ
の接合強度が低下するのを避けなければならない。圧接
部の内周側に排出された溶融排出物は凹部を埋め、圧接
部を覆って凝固する。この圧接部を覆う溶融排出物の凝
固層により、圧接部は高温の排気ガスなど通過する流体
から遮断される。従って、高温の排気ガスなどの流体が
圧接部に直接にあたらず、圧接部の酸化や腐食を緩和し
て、耐久性を向上できる。

【００２７】本発明において、軸方向で外側に突出する
円筒状突出部は、管状部材の接合するいずれか一方また
は両方の部材の端部に、その端面の径方向で内周面より
外側に形成することで、管状部材の接合部の内周側に、
この円筒状突出部と端部の端面とで凹部を形成できれば
よく、このような端面形状は、管状部材の端部に鋳造法
や鍛造法により成形してもよく、また、機械加工により
形成してもよい。

【００２８】また、凹部は管状部材の内周側に加えて外
周側に形成してもよい。摩擦圧接時に圧接部から外周側
に排出される溶融排出物を、外周側の凹部で収容すると
ともに、摩擦圧接時のアプセット圧力により凹部の相対
する端面同士で挟み込み、押しつぶすことで、溶融排出
物は凹部を埋めるとともに、相対する端面の一部または
全部に溶融固着する。従って、外周側においても内周側
と同様に、溶融排出物がバリとして接合部の外周側に突
出するのを抑制できる。さらに、凹部内の溶融排出物の
接合媒体としての接合力が加わるので、接合部の強度向
上に寄与する。

【００２９】本発明において、凹部の断面形状として
は、摩擦圧接により生ずる溶融排出物を収納するととも
に、凹部の相対する端面同士で押しつぶすことができれ
ばよいものであって特に限定されないが、例えば、角
溝、２段の角溝、台形、Ｕ字形、楕円形、三日月形など
が採用できる。

【００３０】なお、本発明の管状部材としては、内部が
中空で２つ以上の部材を突き合わせて摩擦圧接により溶
融接合できるものには何れも適用可能である。即ち、例
示した排気系部品はもとより、自動車用の吸気系部品、
回転軸や摺動軸等の他部材が嵌挿される管状部材のほ
か、自動車用に限らず、熱交換器の配管、各種用水の管
路、配線の管路などパイプやチューブは勿論、弁等の機
器類のノズルや管継手、異形成形品等、種々の分野にお
いて使用される管状部材に対して、汎用的に適用するこ
とが可能である。

【００３１】請求項２記載の本発明の管状部材は、請求
項１に記載の管状部材において、接合される前記円筒状
突出部の高さは、円筒状突出部の幅をＢ、圧接時の設定
寄り代をＬ、凹部の端面の幅をＣ、円筒状突出部の高さ
をＨ、但し、両方の管状部材の端面に円筒状突出部があ
る場合には、Ｈは両方の円筒状突出部の高さの合計とし
たときに、Ｈ≦Ｌ＋（Ｂ×Ｌ）／２Ｃの関係式で求めら
れた寸法からなることを特徴とする。

【００３２】中空の管状部材の摩擦圧接において、発生
する溶融排出物の量（体積）は、（摩擦圧接される円筒
状突出部の径方向の幅）×（圧接時の軸方向の設定寄り
代）にて求められ、このうちの半分が管状部材の外周側
に、残りの半分が内周側に排出されると考えている。こ
こで、簡単のため内周側についてのみ考えると、摩擦圧
接される円筒状突出部の径方向の幅をＢ、圧接時の軸方
向の設定寄り代をＬとすれば、排出される溶融排出物の
体積は、（Ｂ×Ｌ）／２となる。一方、凹部の端面の径
方向の幅をＣ、摩擦圧接時に、溶融排出物を収容するに
必要な凹部の相対する端面同士の軸方向の開口幅をｔと
すれば、排出される溶融排出物を収容するに必要な凹部
の体積は、Ｃ×ｔとなる。ここで摩擦圧接前の円筒状突
出部の軸方向の高さをＨとすれば、圧接直前の両方の部
材が当接した状態での凹部の軸方向の開口幅はＨであ
る。摩擦圧接により前記開口幅Ｈは設定寄り代Ｌ分だけ
減少して、凹部は前記開口幅ｔを残して接合が完了す
る。摩擦圧接後の前記開口幅ｔは、円筒状突出部の軸方
向の高さＨから、圧接時の設定寄り代Ｌを差引いた長さ
であり、ｔ＝Ｈ−Ｌとなる。従って排出される溶融排出
物を収容するに必要な凹部の体積は、Ｃ×ｔ＝Ｃ×（Ｈ
−Ｌ）となる。ここで、凹部は前記開口幅ｔを残して接
合が完了するとしたが、これは説明上、便宜的に用いた
だけで、実際には前記開口幅ｔを有する凹部は溶融排出
物によって埋められるので凹部の開口は残らないか、例
え残っても僅かなものとなる。

【００３３】排出される溶融排出物と収容するに必要な
凹部の体積が一致すれば、即ち、（Ｂ×Ｌ）／２＝Ｃ×
（Ｈ−Ｌ）−−−（１）の関係式（１）を満足するよう
に各部の寸法と寄り代を設定して摩擦圧接すれば、溶融
排出物は凹部内に留まり、内周側にバリとして突出しな
い。

【００３４】上述の関係式（１）は、圧接で発生する溶
融排出物のうちの半分が管状部材の外周側に、残りの半
分が内周側に排出されると考えている。しかし、実際に
は、摩擦圧接では接合される一方または両方の部材を回
転させながら当接して摩擦熱により圧接部を溶融して接
合するので、摩擦圧接中の遠心力により、圧接の初期に
発生するほとんどの溶融排出物は接合部の外周側に排出
されやすい。このため、実際に排出される溶融排出物の
体積は前述の（Ｂ×Ｌ）／２で求められる体積より、内
周側では少なくなり、外周側では多くなる。従って、内
周側では関係式（１）は、（Ｂ×Ｌ）／２≦Ｃ×（Ｈ−
Ｌ）−−−（２）の関係となり、この関係式（２）を円
筒状突出部の高さＨについて整理すれば、Ｈ≦Ｌ＋（Ｂ
×Ｌ）／２Ｃ−−−（３）となる。上述の各部の寸法
Ｂ、Ｃと寄り代Ｌを設定し、円筒状突出部の高さＨを、
関係式（３）を満足する寸法にして摩擦圧接した場合、
接合部の内周側では、径方向で溶融排出物の先端と内周
面とが一致する状態、或は溶融排出物の先端が内周面よ
り凹部内にわずかに凹んだ状態で接合され、内周側には
バリが突出しない。即ち、溶融排出物を内周側にバリと
して突出させないためには、円筒状突出部の高さＨは、
関係式（３）で求められた寸法とすればよい。

【００３５】各部の寸法Ｂ、Ｃ、Ｈ及び設定寄り代Ｌの
うち、円筒状突出部の幅Ｂは接合強度から、圧接時の設
定寄り代Ｌは圧接条件から、凹部の端面の幅Ｃは管状部
材の機能にもとづく接合部の全肉厚と前記円筒状突出部
の幅Ｂとの関係から適宜、変更するもので、予め、計算
あるいは実験によって求められた最適な値を採用する。
円筒状突出部の高さＨは、採用したＢ、Ｌ、Ｃと関係式
（３）から求めることができる。なお、円筒状突出部を
両方の管状部材の接合する端部の端面に形成した場合に
は、円筒状突出部の高さＨは、両方の円筒状突出部の軸
方向の高さの合計となる。

【００３６】請求項３記載の本発明の管状部材は、請求
項１乃至請求項２何れか１項に記載の管状部材におい
て、その材質が、球状黒鉛鋳鉄、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄、
Ｍｏを含有する高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄、オーステナイト系
球状黒鉛鋳鉄、フェライト系耐熱鋳鋼、またはオーステ
ナイト系耐熱鋳鋼のいずれかからなることを特徴とす
る。

【００３７】管状部材に使用される部材の材質として
は、摩擦熱により溶融され接合できる材料であればよい
のであって、特に限定されないが、鋳造法により製造さ
れる鋳鉄及び鋳鋼のなかから、その材質を、球状黒鉛鋳
鉄、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄、Ｍｏを含有する高Ｓｉ球状黒
鉛鋳鉄、オーステナイト系球状黒鉛鋳鉄、フェライト系
耐熱鋳鋼、またはオーステナイト系耐熱鋳鋼のいずれか
から選択することで、使用中に加熱冷却が繰り返される
管状部材では、その耐熱性が確保できる。また、鋳造法
により複雑な形状の管状部材を製造できるので、接合部
の円筒状突出部からなる端面形状を部材の本体部と一体
に成形すれば、機械加工を省けて、加工工数及び加工費
を低減することができる。

【００３８】また、管状部材に使用される部材を前記材
質のいずれかから選択して、通常の溶融溶接で接合しよ
うとすると、発生した熱ひずみやチル及びマルテンサイ
トを除去するために熱処理工程が必要となったり、き裂
により廃棄に至るなど生産性の低下や製造コスト高を招
く。摩擦圧接によれば、迅速で容易に接合できるので、
生産性の向上と製造コストの低減が可能となり、安価な
管状部材を提供できる。

【００３９】請求項４記載の本発明の管状部材は、請求
項１乃至請求項３何れか１項に記載の管状部材が、排気
系部品であり、何れか一方の部材が、排気マニホルド、
過給機のハウジング、触媒ケース、ディフューザ、また
は締結フランジであることを特徴とする。

【００４０】管状部材を排気系部品として、排気マニホ
ルド、過給機のハウジング、触媒ケース、ディフュー
ザ、または締結フランジの何れか同士を摩擦圧接で接合
することで、迅速で容易に接合することが可能であり、
安価な排気系部品を得られる。

【００４１】なお、前述の特開平１０−２９０７７号公
報では触媒ケースと排気マニホルドの接合で両者を挟む
異形断面の部材をレジューサと称しているが、本発明で
は上記に加え、触媒ケースと排気パイプの接続で両者を
挟む部材を含め、異径断面の部材を接続する際に中間に
介在する部材を、以下ディフューザと称す。

【００４２】請求項５記載の本発明の管状部材は、請求
項４に記載の管状部材において、円筒状突出部の幅が
２．０ｍｍを超え２０ｍｍ以下であることを特徴とす
る。

【００４３】管状部材が、排気系部品であり、何れか一
方の部材が、排気マニホルド、過給機のハウジング、触
媒ケース、ディフューザ、または締結フランジでは、摩
擦圧接時に直接当接される円筒状突出部の径方向の幅が
２．０ｍｍ以下と薄肉の場合には、摩擦圧接時のアプセ
ット圧力に耐えることができず変形のおそれがある。ま
た、排気系部品として使用中の変形も懸念される。一
方、前記円筒状突出部のの幅が２０ｍｍを超えると、摩
擦圧接時に圧接部が冷却するときに内外面に温度差が生
じ、接合界面に発生する熱ひずみのバランスが壊れ、き
裂発生のおそれがある。また、圧接部の熱容量が大きく
なり、エンジン始動直後における触媒の急速昇温を阻害
して排気ガス浄化性能の低下要因になる。また、エンジ
ンルーム内への搭載性が悪化する。従って、前記円筒状
突出部の幅は、２．０ｍｍを超え２０ｍｍ以下が好まし
く、２．５〜７．０ｍｍがより好ましい。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態にもと
づき詳細に説明する。図１は、本発明に係る管状部材
の、一実施の形態である排気マニホルド２と、触媒坦体
７と緩衝材８を内装した触媒ケース３とを接合部９で摩
擦圧接した排気系部品１の要部断面図である。排気マニ
ホルド２は、化学成分として質量比で、Ｃ：０．１５〜
１．２０％、Ｃ−Ｎｂ／８：０．０５〜０．４５％、Ｓ
ｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：１６．０〜２
５．０％、Ｗ及び／またはＭｏ：１．０〜５．０％、Ｎ
ｂ：０．４０〜６．０％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、
Ｎ：０．０１〜０．１５％、その他不可避的不純物及び
残部Ｆｅを含む、フェライト系耐熱鋳鋼からなり、シリ
ンダヘッド取付面２ａ、多数の取付孔２ｂ、４つの排気
枝管２ｃ、この排気枝管２ｃの集合管２ｄなどからな
る。

【００４５】一方、触媒ケース３は、化学成分として質
量比で、Ｃ：２．８〜３．４％、Ｓｉ：３．７５〜５．
００％、Ｍｎ：０．６％以下、Ｓ：０．０２％以下、
Ｐ：０．０８％以下、Ｍｇ：０．０３％以上、その他不
可避的不純物及び残部Ｆｅを含む高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄か
らなり、触媒坦体７及び緩衝材８を装着する内径３ｂ、
図示しない排気パイプと接続するフランジ３ｃなどから
なる。

【００４６】排気マニホルド２は、さらに耐熱性が要求
される場合、フェライト系耐熱鋳鋼に代えて、化学成分
として質量比で、Ｃ：０．２〜１％、Ｓｉ：２％以下、
Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：８〜２０％、Ｃｒ：１５〜３０
％、Ｎｂ：０．５〜６％、Ｗ：１〜６％、Ｎ：０．０１
〜０．３％、その他不可避的不純物及び残部Ｆｅを含
む、オーステナイト系耐熱鋳鋼で作製することもでき
る。

【００４７】触媒ケース３は、さらに耐熱性が要求され
る場合、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄に代えて、化学成分として
質量比で、Ｃ：２．８〜３．４％、Ｓｉ：３．７５〜
５．００％、Ｍｎ：０．６％以下、Ｓ：０．０２％以
下、Ｐ：０．０８％以下、Ｍｇ：０．０３％以上、Ｍ
ｏ：０．４〜０．７％、その他不可避的不純物及び残部
Ｆｅを含む、Ｍｏを含有する高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄とする
こともできる。

【００４８】触媒ケース３は、耐熱性が要求されない場
合、高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄に代えて、通常の球状黒鉛鋳鉄
部材（例えば（ＪＩＳ）ＦＣＤ４５０相当材）とするこ
ともできる。

【００４９】図２は、図１の排気系部品１の接合部９近
傍を拡大した軸心方向片側要部断面図であり、（ａ）は
摩擦圧接前、（ｂ）は摩擦圧接後を示す。図２（ａ）に
示すように、排気マニホルド２の端部１０の端面１３ａ
には、径方向で内周面１４より外側で、かつ、軸方向で
外側に突出する円筒状突出部１１を形成している。一
方、触媒ケース３の端部２０の端面２３ａは、円筒状突
出部を設けず、中心軸に対してほぼ直角な平面で形成し
ている。そして、接合部９の内周側に、円筒状突出部１
１と両方の部材の端面１３ａ、２３ａとで囲まれた凹部
１２ａを形成している。また、排気マニホルド２の端部
１０及び触媒ケース３の端部２０は、その外周側が径方
向で外側に突出した形状となっているが、これは、端部
１０、２０に隣接する本体側の肉厚より接合部の肉厚を
大きくした場合について例示したにすぎず、本体部の肉
厚と接合する端部１０、２０の肉厚を同一としてもよ
い。

【００５０】排気マニホルド２は前述の材質で鋳造後、
機械加工により、その端部１０について円筒状突出部１
１の径方向の幅（肉厚）Ｂを２．４ｍｍに、凹部１２ａ
の端面１３ａの径方向の幅Ｃが３ｍｍになるように円筒
状突出部１１の内周面の内径１６を１１６ｍｍにしてい
る。円筒状突出部１１の端面１５と、凹部１２ａの端面
１３ａにも機械加工を施し、端部１０の内周面１４の内
径は鋳肌のまま１１０ｍｍとしている。また、後述する
摩擦圧接時の軸方向の寄り代Ｌは２．５ｍｍに設定し
た。さらに、円筒状突出部の軸方向の高さＨは、前述の
各部の寸法Ｂ、Ｃ及び設定寄り代Ｌと、本発明の請求項
２記載のＨ≦Ｌ＋（Ｂ×Ｌ）／２Ｃの関係式（前述の関
係式（３））から求め、最大値である３．５ｍｍとして
いる。

【００５１】一方、図２（ａ）で、触媒ケース３の端部
２０は、端面２３ａに機械加工を施し、内周面２４の内
径を鋳肌のまま１１０ｍｍとして、排気マニホルド２の
内周面１４の内径と同一としている。

【００５２】次に、排気マニホルド２の円筒状突出部１
１の端面１５と、触媒ケース３の端面２３ａとを当接し
て摩擦圧接を行う。以下、図４にもとづき摩擦圧接方法
について説明する。図４は、摩擦圧接装置５１を模式的
に示す要部断面図である。まず、触媒坦体７及び緩衝材
８を装着した触媒ケース３を摩擦圧接装置５１の取付具
５３に取り付ける。一方、排気マニホルド２はスライド
５４の取付具５５に取り付ける。そして、電動機５６を
回転してこの回転力を主軸５２に伝達し、主軸５２を回
転させつつ、油圧シリンダ５８のロッドに連結したスラ
イド５４を主軸５２側（図で左側）に移動させる。そし
て、排気マニホルド２の円筒状突出部１１の端面１５
と、触媒ケース３の端面２３ａとを当接させ、摩擦速度
２．０〜４．０ｍ／ｓ、摩擦圧力５０〜７５ＭＰａ、摩
擦時間１５〜６０ｓ、設定寄り代２．５ｍｍとして摩擦
発熱させる。摩擦発熱後、電動機５６を停止し、かつブ
レーキ５７により主軸５２を急停止させ、回転方向の位
相位置決めを行い、アプセット工程でアプセット圧力を
付与することで、図２（ｂ）に示すように接合部９の形
状を有して接合される。

【００５３】本実施の形態によれば、排気マニホルド２
と触媒ケース３は、摩擦圧接により図２（ｂ）の破線で
示す圧接部９ａで接合される。さらに、圧接部９ａの内
周側には、圧接部９ａから排出された溶融排出物が凹部
１２ａに収容され、凹部１２ａを埋めるるとともに、摩
擦圧接時のアプセット圧力により凹部１２ａの相対する
端面１３ａ、２３ａで押しつぶすことで、溶融排出物が
端面１３ａ、２３ａに押し付けられて、端面１３ａ、２
３ａの一部または全部に溶融固着し、一点鎖線で示す接
合部９ｂにおいても接合される。

【００５４】接合部９の内周側では、円筒状突出部の高
さＨを本発明の請求項２記載の関係式（前述の関係式
（３））から求めた最大値とすることで、凹部１２ａを
圧接で発生する溶融排出物のうちの半分を収容できる体
積となるように形成していることと、前述したように、
摩擦圧接中の遠心力で内周側に排出される溶融排出物の
体積が少なくなることから、図２（ｂ）に示すように、
溶融排出物の先端が内周面１４、２４よりも凹部１２ａ
内にわずかに凹んだ状態で接合され、バリが突出するの
を抑制できる。さらに、収容した溶融排出物は、凹部１
２ａの端面１３ａ、２３ａに溶融固着しているのでバリ
として剥離、脱落するのを防止できる。このように、接
合部９の内周側へのバリの突出を抑制するとともに、溶
融排出物がバリとして剥離、脱落するのを防止できるの
で、バリが内部に侵入して触媒担体やタービンブレード
等の内部の他部材を損傷することを防止できる。

【００５５】また、接合部９ｂは、端面１３ａ、２３ａ
の一部または全部に溶融固着した溶融排出物が接合媒体
として作用するので、接合部９全体の接合強度の向上に
寄与する。即ち、排気マニホルド２と触媒ケース３は、
十分な接合強度を確保した圧接部９ａに加えて、圧接部
９ａ以外の接合部９ｂを以って強固に接合されるので、
安定した接合状態を確保した排気系部品が得られる。

【００５６】また、図２（ｂ）に示すように、バリを包
囲するための突出部など、径方向で内周側に突出する部
分がなく、排気マニホルド２の内周面１４の内径と、触
媒ケース３の内周面２４の内径を同一として接合してい
るので、接合部９の内周面１４、２４が面一となり、ほ
とんど段差がない連続した内周面が形成される。従っ
て、段差やバリによって排気ガスの流れが乱されて、排
気ガスのエネルギー損失が生ずることがないので、排気
系部品として安定した性能を発揮することができる。さ
らに、バリを包囲する空間を形成することなく接合して
いるので、接合部９の外径が大きくならず、エンジンル
ーム内への搭載性を悪化することがない。

【００５７】また、排気系部品として必要な接合強度を
確保している圧接部９ａの内周側に溶融排出物の凝固層
よりなる接合部９ｂが形成されるので、圧接部９ａが接
合部９ｂにより覆われる。従って、高温の排気ガスが通
過する際に排気ガスが圧接部９ａに直接にあたらず、圧
接部９ａの酸化や腐食を緩和して、耐久性を向上でき
る。

【００５８】また、排気マニホルド２の材質を、耐熱性
及び耐酸化性に優れるフェライト系耐熱鋳鋼とし、触媒
ケース３の材質を耐熱性に優れる高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄と
したので、高温の排気ガスに曝される排気系部品として
耐熱性に優れ、接合部９の内周側では、排気ガスが圧接
部９ａに接触するのを遮断する効果に加えて、さらに、
高温の排気ガスによる圧接部９ａの酸化を緩和して、耐
久性を向上できる。また、複雑形状で、溶融溶接が困難
な材質からなる排気系部品であっても、迅速で容易に接
合できるので、生産性の向上と製造コストの低減が可能
となり、安価な排気系部品を提供できる。

【００５９】また、円筒状突出部１１の径方向の幅（肉
厚）Ｂを２．４ｍｍとし、２．０ｍｍを超え２０ｍｍ以
下の寸法としたので、摩擦圧接時及び排気系部品として
使用中の変形が少なく、摩擦圧接時に圧接部９ａが冷却
するときに生ずる内外面の温度差によるき裂発生を防止
できる。また、圧接部９ａの熱容量が大きくなり、エン
ジン始動直後における触媒担体７の急速昇温を阻害して
排気ガス浄化性能を低下することがなく、エンジンルー
ム内への搭載性が良好でコンパクトな排気系部品とな
る。

【００６０】次に、本発明に係る管状部材の、他の接合
例について説明する。図３は、他の接合例（３例）を示
す接合部９近傍を拡大した軸心方向片側要部断面図であ
る。（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は摩擦圧接前、（ｂ）、
（ｄ）、（ｆ）は摩擦圧接後を示し、摩擦圧接の前後関
係は、（ａ）が（ｂ）に、（ｃ）が（ｄ）に、（ｅ）が
（ｆ）に夫々対応している。図３に示す接合例は、後述
する各接合例を説明する部分が、前述の図２の実施の形
態と異なるのみで、それ以外は、図２に示した実施の形
態と同様である。

【００６１】図３（ａ）は、内径がほぼ同じ管状部材で
あって、両方の部材の接合する端部１０及び２０の端面
１３ａ、２３ａに、径方向で内周面１４、２４より外側
で、かつ、軸方向で外側に突出する円筒状突出部１１、
２１を形成している。そして、接合部９の内周側に、両
方の部材の円筒状突出部１１、２１と端面１３ａ、２３
ａとで囲まれて、かつ、摩擦圧接により排出される溶融
排出物を収容できる体積となるように凹部１２ａを形成
した接合前の端面形状を示す。

【００６２】図３（ａ）の端面形状を有する２つの管状
部材を、両方の部材１０、２０の円筒状突出部の端面１
５、２５を当接して、前述の図２に示した実施の形態と
同様に摩擦圧接すると、図３（ｂ）に示す接合部９の形
状を有して接合される。この接合例においても、接合時
に生じるバリが内周側に突出するのを抑えて、バリが剥
離、脱落して内部の他部材が損傷するのを防止すること
ができるなど、前述図２の実施の形態と同様の効果が得
られる。加えて、両方の部材１０、２０に円筒状突出部
１１、２１を形成しているので、摩擦圧接時の発熱、冷
却過程での熱バランスに優れ、接合性が向上する。

【００６３】図３（ｃ）は、内径がほぼ同じ管状部材で
あって、一方の部材の接合する端部１０の端面１３ａ
に、径方向で内周面１４より外側で、かつ、軸方向で外
側に突出する円筒状突出部１１を形成している。他方の
部材の接合する端部２０の端面２３ａは、円筒状突出部
を設けず、中心軸に対してほぼ直角な平面で形成してい
る。そして、接合部９の内周側に、円筒状突出部１１と
端面１３ａ、２３ａとで囲まれて、かつ、摩擦圧接によ
り排出される溶融排出物を収容できる体積となるように
凹部１２ａを形成し、さらに、接合部９の外周側に、円
筒状突出部１１と端面１３ｂ、２３ａとで囲まれた凹部
１２ｂを形成した接合前の端面形状を示す。

【００６４】図３（ｃ）の端面形状を有する２つの管状
部材を、一方の部材１０の円筒状突出部１１の端面１５
と、他方の部材２０の端面２３ａとを当接して、前述の
図２に示した実施の形態と同様に摩擦圧接すると、図３
（ｄ）に示す接合部９の形状を有して接合される。この
接合例においても前述図２の実施の形態と同様の効果が
得られる。加えて、外周側に排出される溶融排出物を外
周側の凹部１２ｂで収容して外周側に突出するバリ１７
を小さくできるので、接合部９のバリ１７を含めた管状
部材の外径が小さくなりコンパクトな管状部材となる。
また、摩擦圧接後に機械加工でバリ１７を除去するのが
容易となり加工工数及び加工費を低減できるので、安価
な管状部材を提供できる。

【００６５】図３（ｅ）は、内径がほぼ同じ管状部材で
あって、両方の部材の接合する端部１０及び２０の端面
１３ａ、２３ａに、径方向で内周面１４、２４より外側
で、かつ、軸方向で外側に突出する円筒状突出部１１、
２１を形成している。そして、接合部９の内周側に、円
筒状突出部１１、２１と端面１３ａ、２３ａとで囲まれ
て、かつ、摩擦圧接により排出される溶融排出物を収容
できる体積となるように凹部１２ａを形成し、さらに、
接合部９の外周側に、円筒状突出部１１、２１と端面１
３ｂ、２３ｂとで囲まれて、かつ、摩擦圧接により排出
される溶融排出物を収容できる体積となるように凹部１
２ｂを形成した接合前の端面形状を示す。

【００６６】図３（ｅ）の端面形状を有する２つの管状
部材を、両方の部材１０、２０の円筒状突出部の端面１
５、２５を当接して、前述の図２に示した実施の形態と
同様に摩擦圧接すると、図３（ｆ）に示す接合部９の形
状を有して接合される。この接合例においても前述図２
の実施の形態と同様の効果が得られる。加えて、両方の
部材に円筒状突出部１１、２１を形成しているので、摩
擦圧接時の発熱、冷却過程での熱バランスに優れ、接合
性が向上する。

【００６７】また、接合部９の外周側に、摩擦圧接によ
り排出される溶融排出物を収容できる体積となるように
凹部１２ｂを形成しているので、内周側と同様に、外周
側にバリが突出しないか、例えバリが突出してもその大
きさを極めて小さくできる。従って、接合部９のバリを
含めた管状部材の外径が小さくなりコンパクトな管状部
材となる。また、バリの除去が不要となるか、除去が必
要な場合でも機械加工のほか、各種手動工具を用いた手
作業でも、その除去が容易となり、加工工数、加工費及
び作業負荷を大幅に低減できるので、安価な管状部材を
提供できる。

【００６８】さらに、圧接部９ａから排出された溶融排
出物が、接合部９の外周側の凹部１２ｂに収容され、凹
部１２ｂを埋めるるとともに、摩擦圧接時のアプセット
圧力により凹部１２ｂの相対する端面１３ｂ、２３ｂで
挟み込み、押しつぶしているので、溶融排出物が端面１
３ｂ、２３ｂに押し付けられて、端面１３ｂ、２３ｂの
一部または全部に溶融固着する。従って、内周側と同様
に、外周側でも溶融排出物が接合媒体として作用するの
で、接合部９全体の接合強度の向上に寄与して、安定し
た接合状態を確保した管状部材が得られる。

【００６９】以上、本発明の一実施の形態を図により説
明したが、本発明の具体的な実施の形態は図示の実施の
形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で適宜に設計を変更して実施することができ
る。

【００７０】

【実施例】前述した実施の形態のうち、図２に示す接合
例の排気系部品を摩擦圧接して製造した。得られた排気
系部品の内部にファイバースコープを挿入して接合部の
状態を観察したが、接合部の内周面には、全くバリが突
出しておらず、平滑な内周面をもつ管路が形成されてい
た。この排気系部品を２リットル直列４気筒高性能ガソ
リンエンジンに取付けて、加熱と冷却を繰り返し耐久性
試験を行った。試験条件は、エンジン回転数６０００ｒ
ｐｍでの全負荷運転相当の加熱１０分と、運転停止して
の冷却１０分を１サイクルとして５００時間行った。な
お、全負荷時の排気ガス温度は約９５０℃であった。耐
久性試験の結果、排気系部品に起因すると考えられるエ
ンジンの排気効率の低下や異常音は発生せず、接合部の
変形やき裂の発生はなく、接合部から排気ガスの漏れも
生じなかった。以上により、安定した接合状態を確保
し、安定した性能を発揮する管状部材が得られることが
確認された。

【００７１】

【発明の効果】以上の説明の通り、本発明によれば、２
つ以上の部材を摩擦圧接で接合される管状部材であっ
て、接合時に生じるバリが内周側に突出するのを抑え
て、バリが剥離、脱落して、例えば触媒ケース内に収納
した触媒担体や、過給機内部に装填されるタービンブレ
ードなど、内部の他部材が損傷するのを防止し、管状部
材の内部を排気ガスなど流体等が流れる場合に、接合部
の内周面に段差やバリをなくして流体の流れの乱れを防
止し、排気ガスなどの流体が圧接部に直接あたらずに圧
接部の酸化や腐食を緩和し、接合部の変形やき裂がな
く、耐久性が高く、溶融排出物を接合媒体として利用し
て強固な接合とすることで、安定した接合状態を確保
し、管状部材として安定した性能を発揮するコンパクト
で安価な管状部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る管状部材の一実施の形態である排
気マニホルドと触媒ケースを摩擦圧接した排気系部品の
要部断面図である。

【図２】図１の排気系部品での接合部近傍の軸心方向片
側要部断面図であり、（ａ）は摩擦圧接前、（ｂ）は摩
擦圧接後を示す。

【図３】本発明に係る管状部材の他の接合例を示す接合
部近傍の軸心方向片側要部断面図であり、（ａ）（ｃ）
（ｅ）は摩擦圧接前、（ｂ）（ｄ）（ｆ）は摩擦圧接後
を示す。

【図４】摩擦圧接装置を模式的に示す要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１：排気系部品 ２：排気マニホルド ３：触媒ケース ７：触媒担体 ８：緩衝材 ９、９ｂ：接合部 ９ａ：圧接部 １０、２０：端部 １１、２１：円筒状突出部 １２ａ、１２ｂ：凹部 １３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ：端部の端面 １４、２４：端部の内周面 １５、２５：円筒状突出部の端面 １６：円筒状突出部の内周面 １７：バリ ５１：摩擦圧接装置 ５２：主軸 ５３、５５：取付具 ５４：スライド ５６：電動機 ５７：ブレーキ ５８：油圧シリンダ Ｂ：円筒状突出部の幅 Ｃ：凹部の端面の幅 Ｈ：円筒状突出部の高さ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つ以上の部材を摩擦圧接で接合される
   内径がほぼ同じ管状部材であって、いずれか一方または
   両方の管状部材の接合する端部の端面に、径方向で内周
   面より外側で、かつ、軸方向で外側に突出する円筒状突
   出部を形成し、この円筒状突出部と端部の端面とで凹部
   を形成し、摩擦圧接で生じた溶融排出物を、凹部で収容
   するとともに、凹部の相対する端面同士で押しつぶすこ
   とで、圧接部の接合と、圧接部以外の端部の端面との接
   合を以って両部材を接合したことを特徴とする管状部
   材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の管状部材において、接
   合される前記円筒状突出部の高さは、円筒状突出部の幅
   をＢ、圧接時の設定寄り代をＬ、凹部の端面の幅をＣ、
   円筒状突出部の高さをＨ、但し、両方の管状部材の端面
   に円筒状突出部がある場合には、Ｈは両方の円筒状突出
   部の高さの合計としたときに、Ｈ≦Ｌ＋（Ｂ×Ｌ）／２
   Ｃの関係式で求められた寸法からなることを特徴とする
   管状部材。
3. 【請求項３】 請求項１乃至請求項２何れか１項に記載
   の管状部材において、その材質が、球状黒鉛鋳鉄、高Ｓ
   ｉ球状黒鉛鋳鉄、Ｍｏを含有する高Ｓｉ球状黒鉛鋳鉄、
   オーステナイト系球状黒鉛鋳鉄、フェライト系耐熱鋳
   鋼、またはオーステナイト系耐熱鋳鋼のいずれかからな
   ることを特徴とする管状部材。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３何れか１項に記載
   の管状部材が、排気系部品であり、何れか一方の部材
   が、排気マニホルド、過給機のハウジング、触媒ケー
   ス、ディフューザ、または締結フランジであることを特
   徴とする管状部材。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の管状部材において、前
   記円筒状突出部の幅が２．０ｍｍを超え２０ｍｍ以下で
   あることを特徴とする管状部材。