JP2005113837A - 二重管型排気管の間隔保持部材 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接時の入熱で変形することが無く内管又は外管に対して確実に固着することができ、しかも、排気ガス流に起因する振動の減衰性能にも優れた二重管型排気管の間隔保持部材を提供する。
【解決手段】二重管型排気管の内外管間に所定の間隔を確保しながら外管内に内管を保持するための間隔保持部材は、その本体が湾曲可能な板厚の金属板材１０で構成されている。金属板材１０には、当該板材の表面側及び裏面側に突出した複数の間隔保持突部１２，１３が形成され、間隔保持突部１２，１３の各々は片持ち状の弾性突片として構成されている。また、金属板材１０の長手方向両端部には、内管又は外管に対して溶接される被溶接部１１，１１が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内管及び外管からなる二重管型排気管の内外管間に所定の間隔を確保しながら外管内に内管を保持するために用いられる二重管型排気管の間隔保持部材に関する。

近年、車輌用エンジンでは触媒を用いた排気ガス浄化装置を設置することが常態となっており、排気ガスの熱を利用して触媒の暖機性を高める必要から、排気マニホルド等の主要な排気系部品は、内管及び外管からなる二重管構造が主流となりつつある。従来、内外管間に所定の間隔を確保しながら外管の内部に内管を保持するための間隔保持部材としては、金属製ワイヤーを編んで圧縮成形しクッション性を持たせた、いわゆる金属メッシュスペーサが用いられている（特許文献１参照）。金属メッシュスペーサの特徴としては、内外管間に所定のエアギャップを確保しながら内管を保持できることの他に、排気ガス流に起因して内管に生じた振動を減衰することで外管の振動（ひいては異音等の発生）を低減可能なことがあげられる。

しかしながら、金属メッシュスペーサをスポット溶接等で内管又は外管に固着しようとすると、溶接時に入熱を受けた箇所が変形収縮してナゲット状に固まりクッション性を失ってしまうことが多い。このため、排気ガス流に起因した振動の減衰能力が不十分となり異音防止効果が大幅に低下することがあった。また、綿状の金属メッシュと内管又は外管とを溶接しても、その溶接箇所は脆弱で衝撃や振動等の機械的負荷に弱く、溶接箇所の破断により内外管相互の位置ずれを招きやすかった。

尚、金属メッシュスペーサの上述のような欠点を解消すべく、二つ割り合わせ型外管の一部に凹部を形成し、その凹部に金属メッシュスペーサの外側部分を嵌めて位置決め固定する排気管構造も提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、外管の側にスペーサを嵌め込むための凹部を形成する必要があるため、どこに凹部を設定するか等、外管側の設計に大きな制約が生じるという問題がある。又、二つ割り合わせ型外管にあっては、外管内の全周に途切れなく金属メッシュスペーサを配置することが難しく、スペーサで埋め尽くせない空間が生じてしまう（特許文献２の図３に図示された空間３を参照）。

このように金属メッシュスペーサを外管に対する内管の保持部材として使用する場合には、種々の困難に直面してしまう。本発明はかかる事情に鑑みてなされたものである。

実開昭５６−６７３１８号公報（全文明細書） 実開平４−１２９８３０号公報（全文明細書）

本発明の目的は、溶接時の入熱で変形することが無く内管又は外管に対して確実に固着することができ、しかも、排気ガス流に起因する振動の減衰性能にも優れた二重管型排気管の間隔保持部材を提供することにある。

請求項１の発明は、内管及び外管からなる二重管型排気管の内外管間に所定の間隔を確保しながら外管内に内管を保持するための間隔保持部材であって、間隔保持部材の本体が金属板材で構成され、その金属板材には、当該板材の表面側又は裏面側に突出した間隔保持突部が形成されると共に、その金属板材の一部には、内管又は外管に対して溶接される被溶接部が設けられていることを特徴とする二重管型排気管の間隔保持部材である。

請求項１によれば、金属板材の一部に設けられた被溶接部を二重管型排気管の内管又は外管に対し溶接することで、当該間隔保持部材が内管又は外管に対して固着される。この被溶接部は金属板材の一部によって提供されるため、従来の金属メッシュとは異なり溶接時の入熱によって変形収縮することが無く、強固な溶接を得やすい。それ故、衝撃や振動といった機械的負荷を受けても溶接箇所は容易に破断せず、間隔保持部材は内管又は外管に対して位置ずれしない。また、被溶接部を介して内管又は外管に対して固着された間隔保持部材にあっては、その表面側又は裏面側に突出形成された間隔保持突部が内管又は外管に当接することで内外管間に所定の間隔が確保される。この間隔保持突部は、その形状及び大きさを工夫することで一種の弾性材又は緩衝材として機能し、排気ガス流に起因した内管の振動を減衰させることができる。それ故、排気ガス流に起因して内管が振動しても、その振動は間隔保持突部によって減衰させられ外管への振動伝達が極力抑制される。従って、排気ガス流に起因した二重管型排気管からの異音の発生が抑制される。

請求項２の発明は、請求項１に記載の二重管型排気管の間隔保持部材において、前記金属板材は、湾曲可能な板厚の金属板材であることを特徴とする。

請求項２によれば、湾曲可能な板厚の金属板材を採用することで、当該間隔保持部材を内管又は外管に対して溶接する際に、内管の外周面及び／又は外管の内周面の形状に適応させつつ湾曲配置することが可能となる。このため、外管と内管との間に途切れなく（又は閉じた円弧状に）、一つ又は複数の間隔保持部材を配置することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の二重管型排気管の間隔保持部材において、前記間隔保持突部は、前記金属板材に対してプレス加工を施すことにより、金属板材に一体成形されていることを特徴とする。

請求項３によれば、金属板材に対してプレス加工を施すことで間隔保持突部が金属板材に容易に一体成形される。その際、例えば金属板材をその一方の面から他方の面に向けて部分的に打ち抜くようなプレス加工を施すことで、金属板材に一体成形される間隔保持突部に所定のバネ弾性を同時に付与することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の二重管型排気管の間隔保持部材において、前記間隔保持突部は、その基端部が前記金属板材に連結されると共に先端部が自由端となった片持ち状の弾性突片として構成されていることを特徴とする。

請求項４によれば、間隔保持突部が片持ち状の弾性突片として構成されることで、間隔保持部材の減衰バネ的な性質が増し、当該間隔保持部材を介して外管内に保持される内管の振動減衰効果が飛躍的に向上する。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の二重管型排気管の間隔保持部材において、前記被溶接部は、金属板材の長手方向両端部付近に設けられていることを特徴とする。

請求項５によれば、当該間隔保持部材を内管又は外管に対して溶接する際、間隔保持部材がその長手方向両端部付近の二つの被溶接部を介して内管又は外管に二点支持（又は二点固着）され、間隔保持部材の姿勢及び位置決めが安定する。

（付記）本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件を以下に列挙する。
イ．請求項１〜５において、複数の間隔保持突部が金属板材の表面側及び裏面側の双方に突出していること。この構成によれば、金属板材の両面側に突出した複数の間隔保持突部の相乗効果により、金属板材の片面側だけに間隔保持突部が突出形成されている場合に比べて、振動の減衰作用が高まる。

以上詳述したように各請求項に記載の二重管型排気管の間隔保持部材によれば、本体を金属板材で構成すると共にその金属板材には被溶接部と間隔保持突部とを設けたことで、溶接時の入熱で変形すること無く間隔保持部材を内管又は外管に対して確実に固着することができ、しかも、排気ガス流に起因する振動を効果的に減衰して異音の発生を未然に防止又は低減することができる。

本発明を二重管型排気マニホルド用の間隔保持部材に具体化したいくつかの実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１〜図４は間隔保持部材の一例を示す。図１（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように間隔保持部材の本体は、平面長方形状の金属板材１０（例えばステンレス鋼製の板材）で構成されている。この金属板材１０の寸法は排気マニホルドの管径にもよるが、例えば長手方向長が５〜７ｃｍ、幅方向長が１〜３ｃｍ、板厚が０．０５〜０．３０ｍｍに設定される。板厚が比較的薄いため、人力でも金属板材１０の長手方向両端部（図１（Ａ）及び（Ｃ）における左右端部）を互いに近づけるような方向に金属板材１０を湾曲させることができる。

金属板材１０（間隔保持部材）の長手方向両端部にはそれぞれ被溶接部１１が設定されている。被溶接部１１は、当該間隔保持部材を二重管型排気マニホルドの内管２１又は外管２２（図４参照）に対して溶接する際にスポット溶接等を受ける部位であり、例えば金属板材１０の左右端縁から０．５〜１．０ｃｍの範囲の板材部分が被溶接部１１として割り当てられている。

金属板材１０の中央域（左右の被溶接部１１以外の領域）には、その長手方向及び幅方向に規則的に配列された一群の間隔保持突部１２，１３（図１では２０個）が形成されている。これらの間隔保持突部１２，１３には、金属板材１０の表面側に突出した突部１２と、金属板材１０の裏面側に突出した突部１３とが同数（それぞれ１０個ずつ）存在している。図１（Ａ）では、金属板材１０の裏面側に突出した間隔保持突部１３にハッチングを付して、金属板材１０の表面側に突出した間隔保持突部１２との区別を明確化している（図５（Ａ）及び図６（Ａ）も同様）。この図１（Ａ）からわかるように、二種類の間隔保持突部１２，１３は、千鳥状に、即ち前後左右に隣り合う突部の突出方向が互いに異なるように配列されている。

更に図１（Ｃ）及び図２に示すように、間隔保持突部１２，１３の各々は、その基端部１４ａが金属板材１０に連結されると共に、先端部１４ｂが金属板材１０と略平行で且つ金属板材１０の長手方向に延びる自由端となった片持ち状の弾性突片として構成されている。このため、各間隔保持突部１２，１３には、金属板材１０の本体平面に対して略直交する方向への弾性を持ったバネ的な性質が付与されている。

このような片持ち状弾性突片たる間隔保持突部１２，１３は、平らな金属板材１０に対してプレス加工を施すことにより、金属板材１０（間隔保持部材の本体）に対して一体成形することができる。具体的には、プレス加工に使用する固定型及び可動型の各々に、間隔保持突部１２，１３の形状に対応した打ち抜き刃状の凸部と、その凸部に対応する凹部とを形成しておき、そのような固定型及び可動型を用いて金属板材１０に打ち抜きプレス加工を施すことにより、金属板材１０の表裏両側に突出すると共に千鳥状に配置された複数の間隔保持突部１２，１３を１回のプレス操作で一度に一体成形することができる。

尚、間隔保持突部１２，１３の先端部１４ｂの形状は、図２のように金属板材１０と略平行な形状に限定されるものではなく、例えば図３に示すように部分的に湾曲したいわゆるＲ形状の先端部１４ｂとしてもよい。

図４は、図１及び図２の間隔保持部材を外管２２の内周面に固着して用いた例を示す。間隔保持部材の固着に際しては、内管２１を挿入する前の外管２２の内周面に沿って、その周方向と間隔保持部材の長手方向とが一致し且つ長手方向両端部が互いに接近するように間隔保持部材を強制湾曲させる（図４参照）。そして、その保持部材の両端に位置する被溶接部１１，１１を外管２２の内周面に密接させ、その密接箇所に外管２２の外面側からスポット溶接を施す。すると図４に示すように、間隔保持部材が略円弧状又は弓状に反った状態で外管２２の内周面に沿って固着される。間隔保持部材は、その両端の二つの被溶接部１１，１１を介して外管２２の内側に二点支持されるため、強制湾曲に反発する弾力又は歪みが当該保持部材内に若干残留しているにもかかわらず、溶接完了後の間隔保持部材の姿勢は安定する。

尚、図４には間隔保持部材を一つだけ示すが、実際には、２つ以上の間隔保持部材が外管２２の内側全周に沿って閉じた円弧を描くように配置される。必要な数の間隔保持部材を外管２２の内側に固定した後、間隔保持部材の更に内側に内管２１を挿入することにより、二重管型排気マニホルドが完成する。

完成した二重管型排気マニホルドにあっては、間隔保持部材の表面側の間隔保持突部１２が外管２２の内周面に当接すると共に、間隔保持部材の裏面側の間隔保持突部１３が内管２１の外周面に当接することで、外管２２と内管２１との間に所定の間隔を確保しながら外管２２内に内管２１が保持される。このとき、それぞれの間隔保持突部１２，１３は、間隔確保のためスペーサとして機能するのみならず、一種のバネ、弾性材又は緩衝材として機能し、内管２１から外管２２へ伝達される振動を減衰する働きをする。

尚、図４では外管２２の内周面に対して間隔保持部材を溶接したが、これとは逆に、内管２１の外周面に対して間隔保持部材を溶接しておき、その後に間隔保持部材の外側に外管２２を外嵌してもよい。

図５〜図８は、間隔保持部材のいくつかの変更例を示す。これらの間隔保持部材における間隔保持突部も、前記同様プレス加工により金属板材１０に対し一体成形できる。

図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す間隔保持部材では、複数個の間隔保持突部１２，１３が金属板材１０の長手方向に沿って一列に配列されている。図１の場合と同様、金属板材１０の表面側に突出した突部１２と、金属板材１０の裏面側に突出した突部１３とが交互に配置されており、各間隔保持突部１２，１３は、その基端部が金属板材１０に連結されると共に、先端部が金属板材１０と略平行な自由端となった片持ち状の弾性突片として構成されている。ただし、図５では、各間隔保持突部１２，１３の先端部は金属板材１０の幅方向に延びている。図５に示すような間隔保持部材でも、図１の場合と同様の作用及び効果を奏する。

図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す間隔保持部材では、金属板材１０の長手方向両端部の被溶接部１１，１１の他に、長手方向中央部にも被溶接部１５が設定されている。そして、中央の被溶接部１５と左端の被溶接部１１との間および中央の被溶接部１５と右端の被溶接部１１との間には、図５の場合と同様、複数個の間隔保持突部１６，１７が金属板材１０の長手方向に沿って一列に配列されており、しかも、金属板材１０の表面側に突出した突部１６と、金属板材１０の裏面側に突出した突部１７とが交互に配置されている。ただし、間隔保持突部１６，１７の各々は、側面から見てアーチ形状をなしており、そのアーチ形状を形作る二つの根元は共に金属板材１０に連結されている。アーチ形状の間隔保持突部１６，１７は、前記片持ち状の間隔保持突部１２，１３に比べてバネ弾性が強くなる傾向（より硬くなる傾向）にあるが、アーチ形状の長さ及び幅を適切に設定することで、所望のバネ弾性を付与することができる。従って、図６に示すような間隔保持部材でも、図１及び図５の場合と同様の作用及び効果を奏する。

図７（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）に示す間隔保持部材では、金属板材１０の長手方向中央部に被溶接部１５が設定されている。そして、中央の被溶接部１５以外の部位には、図６の場合と同様、アーチ形状をした複数個の間隔保持突部１６が金属板材１０の長手方向に沿って一列に配列されている。ただし、全ての間隔保持突部１６は金属板材１０の一方の面側のみに突出している。図７に示すような間隔保持部材でも、図１、図５及び図６の場合と同様の作用及び効果を奏する。

図８（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）に示す間隔保持部材では、金属板材１０の長手方向中央部に被溶接部１５が設定されている。そして、中央の被溶接部１５以外の部位には、図７の場合と同様、複数個の間隔保持突部１８が金属板材１０の長手方向に沿って一列に配列され、全ての間隔保持突部１８は金属板材１０の一方の面側のみに突出している。ただし、各間隔保持突部１８は、その基端部（図８で「基」と示す部分）が金属板材１０に連結されると共に、基端部以外の部分が金属板材１０の幅方向に延びる自由端となった片持ち状の弾性突片として構成されている。突部１８における基端部以外の部分は、先端部、及び、その先端部と前記基端部との中間部に区分される。中間部は金属板材１０と略平行であるのに対し、先端部は中間部に対して鈍角状に傾斜し且つその傾斜方向は金属板材１０に向かっている（図８（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。また、隣り合う間隔保持突部１８を比べると、金属板材１０につながる基端部の位置が互い違いとなるように各片持ち状の弾性突片（１８）の向きが設定されている。図８に示すような間隔保持部材でも、図１、図５、図６及び図７の場合と同様の作用及び効果を奏する。

（実施形態の効果）
図１〜図８の間隔保持部材によれば、金属板材１０の一部に設けられた被溶接部１１，１５を二重管型排気管の外管２２又は内管２１に対し溶接することで、当該間隔保持部材を外管２２又は内管２１に固着することができる。この被溶接部１１，１５は金属板材１０の一部によって提供されるため、従来の金属メッシュとは異なり溶接時の入熱によって変形収縮することが無く、強固な溶接を得やすい。それ故、衝撃や振動といった機械的負荷を受けても溶接箇所は容易に破断せず、間隔保持部材が外管２２又は内管２１に対して位置ずれを起こすことがない。

また、間隔保持部材の表面側及び／又は裏面側に突出形成された間隔保持突部（１２，１３，１６，１７，１８）が外管２２及び／又は内管２１に当接することで内外管２１，２２間に所定の間隔を確保することができる。それに加えて、間隔保持突部（１２，１３，１８）が片持ち状の弾性突片として構成されている場合には特に、各突部が優れた減衰バネとして機能し、内管２１から外管２２へ伝達される振動を効果的に減衰する。それ故、排気マニホルドの内管２１を流れる排気ガスに起因して内管２１が振動したとしても、その振動は間隔保持突部によって減衰させられ外管２２への振動伝達が抑制される。従って、排気ガス流に起因した二重管型排気管からの異音の発生が飛躍的に低減される。

間隔保持部材の一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は正面図。 図１のＡ−Ａ線での一部拡大断面図。 間隔保持突部の改変例を示す図２相当の拡大断面図。 図１の間隔保持部材の使用例を示す二重管型排気管の部分断面図。 間隔保持部材の変更例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は右側面図。 間隔保持部材の変更例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は右側面図。 間隔保持部材の変更例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は正面図。 間隔保持部材の変更例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線での断面図。

符号の説明

１０…金属板材、１１…被溶接部、１２，１３…片持ち状の間隔保持突部、１４ａ…間隔保持突部の基端部、１４ｂ…間隔保持突部の先端部、１５…被溶接部、１６，１７…アーチ状の間隔保持突部、１８…片持ち状の間隔保持突部、２１…排気マニホルドの内管、２２…排気マニホルドの外管。

Claims (5)

1. 内管及び外管からなる二重管型排気管の内外管間に所定の間隔を確保しながら外管内に内管を保持するための間隔保持部材であって、
   間隔保持部材の本体が金属板材で構成され、その金属板材には、当該板材の表面側又は裏面側に突出した間隔保持突部が形成されると共に、その金属板材の一部には、内管又は外管に対して溶接される被溶接部が設けられていることを特徴とする二重管型排気管の間隔保持部材。
2. 前記金属板材は、湾曲可能な板厚の金属板材であることを特徴とする請求項１に記載の二重管型排気管の間隔保持部材。
3. 前記間隔保持突部は、前記金属板材に対してプレス加工を施すことにより、金属板材に一体成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二重管型排気管の間隔保持部材。
4. 前記間隔保持突部は、その基端部が前記金属板材に連結されると共に先端部が自由端となった片持ち状の弾性突片として構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二重管型排気管の間隔保持部材。
5. 前記被溶接部は、金属板材の長手方向両端部付近に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二重管型排気管の間隔保持部材。

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