JP2005061222A - 排気管の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種金属部材同士のかしめによる接合部分の耐久性を好適に確保することのできる排気管の接合方法を提供することにある。
【解決手段】異種の金属材料からなる上流管３２ａ及び下流管３２ｂの端部を重ね合わせてそれらを接合する排気管の接合方法において、上流管３２ａ及び下流管３２ｂの端部の間に発泡材２０を介在させる貼着工程と、上流管３２ａ及び下流管３２ｂの発泡材２０を介在させた部分をかしめるかしめ工程と、発泡材２０を発泡させる発泡工程とを含むようにする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気管を構成する管材をかしめにより接合する排気管の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用内燃機関の排気管は、通常、複数の管材によって構成されており、これらの端部を接合することにより一体に形成される。こうした排気管の接合方法は、大きくは、溶接によるものとかしめによるものとにわけられる。
【０００３】
溶接は主に同種金属からなる管材の接合に用いられる。一方、異種材料（例えばステンレス材とアルミニウム材）からなる管材を接合する場合、溶接ではその接合強度が確保できないことが多いため、これに代えてかしめによる接合が一般に用いられる。
【０００４】
ところで、このようにかしめ等によって金属部材を接合した場合には、以下のような不都合が無視できないものとなる。すなわち、かしめによって金属部材を接合する場合、それら金属部材の間に僅かな隙間が形成されるのが避けられない。このような隙間が形成されると、腐食の一種である隙間腐食が発生する。また、金属部材が異種の材料からなる場合には、両部材の電位差による電蝕（ガルバニック腐食）が発生する。更に、この隙間に水滴等が浸入すると腐食が促進され、それら接合部分の強度低下等、種々の不都合を招くこととなる。例えば、ステンレス材とアルミニウム材とをかしめ等により接合した場合、イオン化傾向の高いアルミニウム材側が腐食されてしまい、その耐久性の低下を招くこととなる。
【０００５】
そこで、従来では以下のようにして、こうした接合部分における腐食を抑制し、その耐久性を確保するようにしている。例えば、ステンレス材とアルミニウム材とのかしめによる接合部分において、両金属部材の接触を避けるため、それらの一方に樹脂のコーティングを施すようにする。こうすることによって、ステンレス材とアルミニウム材との間に形成された隙間が樹脂のコーティングによって封止され、それら両金属部材間への水滴等の浸入が回避され腐食の発生を抑制するようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
実開昭６３−１７００９０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したかしめによる接合は、その接合強度を確保するために両金属部材を比較的大きく変形させる場合が多い。上述した樹脂によるコーティングはこうした変形に追従することができず、剥離やき裂等の損傷が生じてしまう。そして、こうした損傷部分に隙間が形成されると、その部分やその周辺で腐食が生じるようになり、さらにこの隙間に水滴等が浸入することにより、この腐食が促進されるようになる。従来の接合方法にあっては、その接合部分における耐久性の確保について未だ十分とはいえず、この点においてなお改良の余地を残すものとなっていた。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、異種金属部材同士のかしめによる接合部分の耐久性を好適に確保することのできる排気管の接合方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１記載の発明は、異種の金属材料からなる２つの管材の端部を重ね合わせてそれらを接合する排気管の接合方法において、前記２つの管材の端部の間に発泡材を介在させる第１の工程と、前記両管材の前記発泡材を介在させた部分をかしめる第２の工程と、前記発泡材を発泡させる第３の工程とを含むようにしたものである。
【００１０】
上記接合方法では、２つの管材をかしめた後に両管材の間に介在させた発泡材を発泡させるようにしているため、両管材のかしめられた部分に隙間があればこれを埋めるようにして発泡材が充填される。このように、上記接合部分の隙間に発泡材が好適に入り込むことにより、上記隙間への水滴等の浸入が回避され腐食が抑制されるようになる。その結果、かしめ接合部分の耐久性を好適に確保することができるようになる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の排気管の接合方法において、前記第１の工程で前記発泡材としてシート状に形成されたものを用いてこれを両管材の端部のうち少なくとも一方に貼着するようにしたものである。
【００１２】
上記のように発泡材としてシート状に形成されたものを用いると、両管材の間に発泡材を介在させるに際してこれを両管材の一方或いは双方の表面に貼着するといった簡易な方法を通じて行うことができるようになる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の排気管の接合方法において、前記第１の工程で前記管材に貼着させる前記発泡材として熱硬化性樹脂を用いるようにしたものである。
【００１４】
熱硬化性樹脂を用いると、排気熱による発泡材の軟化、更にはその変形を抑えることができ、接合部分の強度の低下を抑制することができるようになる。
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の排気管の接合方法において、前記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いるようにしたものである。
【００１５】
エポキシ樹脂を発泡材として用いると両管材に発泡材が接着するようになる。従って、発泡材と両管材との位置ずれ、更にはそれに起因する隙間の形成が抑制され、接合部分の耐久性を一層好適に確保することができるようになる。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の排気管の接合方法において、前記第２の工程でフランジ状に形成された前記両管材の端部を互いに重ね合わせた後に折曲形成することでかしめるようにしたものである。
【００１７】
上記のようにかしめた場合、例えば上記端部に樹脂のコーティングがなされていると、折曲形成の際の大きな変形に上記コーティングの変形が追従できなくなり不具合等が生じることがある。しかし、フランジ状部分をかしめた後に発泡材を発泡させるようにしているため、こうした折曲形成によりかしめることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の排気管を具体化した一実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
【００１９】
図１に示されるように、車両用内燃機関１０の排気系は、排気マニホルド１１、触媒コンバータ１２、サブマフラ１３、メインマフラ１４等を備え、それらが排気管３０〜３２を介してそれぞれ接続されている。内燃機関１０から排出された排気は、この排気系を通じて外部に排出される。
【００２０】
また、これら排気管３０〜３２のうち、サブマフラ１３とメインマフラ１４との間に位置する排気管３２は、サブマフラ１３側、すなわち上流側に位置する管材とメインマフラ側に位置する管材とによって構成されている。以下、排気管３２を上流・下流側の上記二つの管材に区別する必要がある場合には、前者を上流管３２ａ、後者を下流管３２ｂという。
【００２１】
また、これら上流管３２ａ及び下流管３２ｂは異なる金属材料によって形成されている。すなわち、上流管３２ａはステンレス材によって形成され、下流管３２ｂはアルミニウム材によって形成されている。そして、図１の一点鎖線に囲まれた部分Ａに示すように、それら上流管３２ａの下流側部分及び下流管３２ｂの上流側部分には対向するフランジ１６，１７がそれぞれ形成されており、これらをかしめることにより、上流管３２ａ及び下流管３２ｂが接合されている。
【００２２】
また、図２は、図１における矢印ａ部分を拡大した部分断面構造を示したものである。このように上流管３２ａと下流管３２ｂとを接合した場合、その間に隙間が形成され腐食が生じ、さらにその隙間に水滴等が浸入すると、この腐食がより促進される。特に、同図の一点鎖線で囲まれた部分Ｂでのように、直接排気に晒され且つ上流管３２ａと下流管３２ｂとの間の隙間が大きい部分では、他の部分と比較すると水滴等の付着量が多く腐食が一層生じ易い傾向にある。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、図２に示されるように、上流管３２ａと下流管３２ｂとの間に形成される隙間に発泡材２０を充填させるようにしている。そして、こうした発泡材２０によって上流管３２ａ及び下流管３２ｂの隙間への水滴等の浸入を回避して、腐食の発生を抑制するようにしている。
【００２４】
こうした上流管３２ａ及び下流管３２ｂの接合方法を各工程に分け、図３及び図４を参照し以下に説明する。なお、図２〜図４において、図中発泡材２０の下側に記載した斜線部分Ｄにも実際には発泡材２０が貼着されているが見易さのため省略した。
【００２５】
［貼着工程］
第１の工程である貼着工程では、まず、発泡材２０が貼着される部分を水洗脱脂して、同部分に付着した油等を除去する。次に、下流管３２ｂのフランジ１７において、上流管３２ａのフランジ１６と対向する面にシート状に形成された発泡材２０を貼着する。尚、本実施の形態では、この発泡材２０として熱硬化性樹脂、詳しくは、発泡剤、硬化剤、硬化促進剤、エポキシ樹脂等を含むものを採用している。
【００２６】
また、貼着する際の発泡材２０としては、比較的軟質のシート状に形成されたものを用いるようにしている。これにより、容易にその形状や厚み等を適宜変更可能とすることができるようになっている。
【００２７】
例えば、先に示した図２の上記部分Ｂは、上流管３２ａと下流管３２ｂとの隙間が他と比較すると大きくなる。したがって、図３の一点鎖線で囲まれた部分Ｃに示すように、同部分に位置する他の部分に貼着させる発泡材２０は他の部分と比較してその厚みを予め大きく設定している。なお、図３の一点鎖線で囲まれる部分Ｃよりも下流側に貼着される発泡材２０の厚みを上記部分Ｃよりも薄く設定している。これにより、同下流側の発泡材２０がその自重により下流管３２ｂの内壁から剥離するのを抑える一方、その部分の接着力によりそれよりも上流側部分、すなわち厚みが大きく設定された上記部分Ｃの剥離を抑制するようにしている。
［かしめ工程］
次に、第２の工程であるかしめ工程では、図４に示されるように、各フランジ１６，１７の先端部分がその基端部近傍に位置するようになるまで、同先端部分を各フランジ１６，１７の略中央を起点として下流管３２ｂ側へと折り曲げる。こうした折曲形成により両フランジ１６，１７がかしめられる。
【００２８】
［発泡工程］
第３の工程である発泡工程では、上流管３２ａと下流管３２ｂをかしめた後、そのかしめ部分を加熱する。ここで、例えば、加熱温度は約１８０度、加熱時間は約２０分に設定する。
【００２９】
この加熱により、発泡材２０は発泡し、これが上流管３２ａ及び下流管３２ｂのかしめ部分に存在する隙間に入り込むようになる。特に、上記部分Ｂに形成される大きな隙間や、先のかしめ工程での両フランジ１６，１７が大きく折り曲げられる部分、すなわち両フランジ１６，１７の略中央近傍の隙間にも好適に発泡材２０が充填されるようになる。
［冷却工程］
次に、かしめ部分を加熱した排気管３２を常温で冷却する。その結果、発泡材２０は両フランジ１６，１７の双方に接着した状態となって完全に硬化し、上流管３２ａと下流管３２ｂとのかしめによる接合が完了する。
【００３０】
このようにして、上記接合方法では、上流管３２ａ及び下流管３２ｂをかしめた後にそれらの間に介在させた発泡材２０を発泡させるようにしている。その結果、上記かしめ部分の隙間に発泡材２０が好適に入り込むようになる。したがって、上記隙間が発泡材２０によって封止されることから上記かしめ部分の腐食が抑制され、同かしめ部分の耐久性を好適に確保することができるようになる。また、特に上流管３２ａ及び下流管３２ｂのかしめ部分といった水滴等が隙間へと浸入しやすい環境下においては隙間の封止により、一層その効果を奏することができるようになる。
【００３１】
また、発泡材２０としてシート状に形成されたものを用いているため、上流管３２ａ及び下流管３２ｂの間に発泡材２０を介在させるに際してこれを上流管３２ａ及び下流管３２ｂの一方或いは双方の表面に貼着するといった簡易な方法を通じて行うことができるようになる。
【００３２】
さらに、上記のように熱硬化性樹脂を用いると、排気熱による発泡材２０の軟化、更にはその変形を抑えることができ、接合強度の低下を抑制することができるようになる。
【００３３】
加えて、熱硬化性樹脂のうち、特にエポキシ樹脂を用いるようにしているため、上流管３２ａ及び下流管３２ｂにエポキシ樹脂、すなわち発泡材２０が接着するようになる。したがって、発泡材２０と上流管３２ａ及び下流管３２ｂとの位置ずれ、更にはそれに起因する隙間の形成が抑制されるようになり、接合の耐久性を一層好適に確保することができるようになる。
【００３４】
さらに加えて、フランジ１６，１７部分をかしめた後に発泡材２０を発泡させるようにしているため、折曲形成による変形が大きなものであっても、上記各フランジ１６，１７の隙間に発泡材２０を好適に充填することができるようになる。
【００３５】
因みに、図５は、本願発明の効果を確認する試験の結果を示すものであり、具体的には、種々の条件下におけるかしめ部分の腐食深さを示している。なお、同図に示される数値は、腐食深さの最大値を示している。
【００３６】
本試験は、アルミニウム材とステンレス材とをかしめにより接合した排気管、並びにステンレス材と機械構造用炭素鋼材とをかしめにより接合した排気管をその試験対象としている。これら２種類の排気管を用いて、それぞれの接合部分に（１）発泡材２０が充填されているもの（本発明によるもの）、（２）樹脂がコーティングされているもの、（３）比較的延性の大きな樹脂が介在されているものの３種類の試験を行った。
【００３７】
また、試験方法は以下の通りである。これら上記接合部分にｐＨ８．０（ｐＨ：水素イオン濃度指数）に設定された塩水をその内周面側から約１０分間噴霧する。次に、この噴霧された部分を約６０度の雰囲気下で約３０分間乾燥させる。さらに、乾燥後、上記と同様にして１０分間塩水を上記両接合部分に噴霧する、といったようにこれを２４時間繰り返し行う。そして、この２４時間を１サイクルとして、２００サイクル及び３００サイクル実施する。
【００３８】
図５に示されるように、例えば、２００サイクル試験において、上記（２）の接合部分に樹脂をコーティングした場合のアルミニウム材の腐食深さが２００μｍに対して、上記（１）の発泡材２０を充填した場合ではこれが２０μｍであった。また、３００サイクル試験においては、上記（２）の接合部分に樹脂をコーティングした場合のアルミニウム材の腐食深さが５００μｍに対して、上記（１）の発泡材２０を充填した場合では３０μｍであった。また、これら以外の試験結果においても、本発明のように発泡材２０を接合部分に充填させるようにした方法は、他の方法と比較して良好な結果を得ることができた。
【００３９】
この試験結果から明らかなように、本実施の形態の上流管３２ａ及び下流管３２ｂにおいても、発泡材２０を接合部分に充填させ隙間を封止することで腐食を好適に抑制することができるようになる。
【００４０】
以上、説明した実施の形態を以下のように変更してもよい。
・固形のシート状の発泡材２０を採用したが、例えば液状のものを用いるようにしてもよい。
【００４１】
・加熱により発泡材２０を発泡させるようにしたが、その他の方法によって発泡させるようにしてもよい。
・エポキシ樹脂以外の樹脂、例えばアクリル樹脂等を用いてもよい。
【００４２】
・発泡工程における加熱時間や加熱温度は、適宜変更してもよい。
・発泡材２０を下流管３２ｂに貼着させたが、上流管３２ａ側に貼着させるようにしてもよい。また、上流管３２ａ及び下流管３２ｂに発泡材２０をそれぞれ貼着させるようにしてもよい。
【００４３】
・上流管３２ａ及び下流管３２ｂのフランジ１６，１７部分を上記のように折曲形成によりかしめていたが、例えば、上流管３２ａ側に折り曲げるようにしたり、或いはディンプルを形成する等、これ以外の手法によりかしめる場合であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る排気系部材の概略図。
【図２】上記排気管のかしめによる接合部分の部分拡大断面図及び発泡工程を説明するための工程図。
【図３】貼着工程を説明するための工程図。
【図４】かしめ工程を説明するための工程図。
【図５】本願発明の効果を確認する試験の結果を示した図。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…排気マニホルド、１２…触媒コンバータ、１３…サブマフラ、１４…メインマフラ、２０…発泡材、３０，３１，３２…排気管、３２ａ…上流管、３２ｂ…下流管。

Claims (5)

1. 異種の金属材料からなる２つの管材の端部を重ね合わせてそれらを接合する排気管の接合方法において、
   前記２つの管材の端部の間に発泡材を介在させる第１の工程と、
   前記両管材の前記発泡材を介在させた部分をかしめる第２の工程と、
   前記発泡材を発泡させる第３の工程と
   を含む排気管の接合方法。
2. 前記第１の工程において、前記発泡材としてシート状に形成されたものを用いてこれを両管材の端部のうち少なくとも一方に貼着する
   請求項１記載の排気管の接合方法。
3. 前記第１の工程において、前記管材に貼着させる前記発泡材として熱硬化性樹脂を用いる
   請求項２記載の排気管の接合方法。
4. 前記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる
   請求項３記載の排気管の接合方法。
5. 前記第２の工程において、フランジ状に形成された前記両管材の端部を互いに重ね合わせた後に折曲形成することでかしめられる
   請求項１〜４のいずれかに記載の排気管の接合方法。

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