JP2006242033A - Exhaust pipe joint structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車等に用いる排気管と継手フランジを溶接する排気管継手構造に係り、特に排気管と継手フランジとの溶接部付近に於ける排気管の破損の防止と排気管の軽量化を図ることができる排気管継手構造に関する。 The present invention relates to an exhaust pipe joint structure that welds an exhaust pipe and a joint flange used in, for example, an automobile, and more particularly to prevent damage to the exhaust pipe and reduce the weight of the exhaust pipe in the vicinity of the welded portion between the exhaust pipe and the joint flange. It is related with the exhaust pipe joint structure which can aim at.
自動車の排気管と継手フランジを溶接する構造に関し、特許文献1の構造がある。特許文献1には、継手フランジに設けたテーパ部と、排気管の端部に設けたテーパ部を嵌合し、テーパ部同士の嵌合内面側で一方のテーパ部端と他方のテーパ部を溶接して、継手フランジと排気管を結合する構造が開示され、排気管と継手フランジとの溶接部付近に於ける亀裂を防止できるとされている。
Regarding the structure for welding the exhaust pipe and joint flange of an automobile, there is a structure of
ところで、長い排気管や途中に曲げ加工など加工が施されている排気管は、加工のバラツキで排気管の長さに誤差を生ずる等により、一端を基準位置に配置して他の排気管と連結する際に、排気管端部の配置される位置に軸方向のズレを生じやすい。そのため、斯様な排気管の軸方向の位置ズレを、継手フランジによる連結箇所で吸収することが望まれる。 By the way, a long exhaust pipe or an exhaust pipe that has been subjected to processing such as bending in the middle is arranged with one end at the reference position due to variations in processing and an error in the length of the exhaust pipe. When connecting, an axial shift is likely to occur at the position where the exhaust pipe end is disposed. For this reason, it is desirable to absorb such displacement in the axial direction of the exhaust pipe at the connection location by the joint flange.
しかしながら、特許文献1のテーパ部を嵌合する構造では、排気管の軸方向の位置ズレがある場合、継手フランジのテーパ部と排気管のテーパ部とが離れて隙間ができてしまうか、或いは双方が担いだ状態になり、重なって組めなくなってしまい、軸方向の位置ズレを吸収することは困難である。更に、特許文献1の構造は、排気管端部と継手フランジの双方にテーパ加工を施す必要があることから、加工に労力を要し、且つ製造コストも上昇してしまう。そのため、斯様な課題を解消することができる構造が求められている。
However, in the structure in which the tapered portion of
本発明は上記課題を解消すべく提案するものであって、排気管と継手フランジとの溶接部付近に於ける排気管の破損を防止できると共に、排気管の軸方向の位置ズレを継手フランジで容易に吸収することができ、更には、少ない労力で低コストに製造することができる排気管継手構造を提供することを目的とする。 The present invention proposes to solve the above-mentioned problems, and it is possible to prevent the exhaust pipe from being damaged in the vicinity of the welded portion between the exhaust pipe and the joint flange and to prevent the displacement of the exhaust pipe in the axial direction with the joint flange. It is another object of the present invention to provide an exhaust pipe joint structure that can be easily absorbed and can be manufactured with low labor and low cost.
本発明の排気管継手構造は、排気管の一方の端部に、末端に向かって拡径するテーパ部と、テーパ部から屈曲部を介して連続する筒形の大径管部とを設け、継手フランジの挿通穴に排気管の大径管部を嵌合し、継手フランジの挿通穴の端を該テーパ部と大径管部の間に介在する屈曲部近傍に配置、或いはテーパ部の裾野に配置して排気管に溶接することを特徴とする。更に、前記継手フランジの片面にはスリーブが形成され、前記継手フランジの挿通穴の端が該スリーブの先端になっている場合に、該スリーブの先端を前記屈曲部近傍に配置して排気管に溶接することを特徴とする。また、前記テーパ部の傾斜角度は20度〜60度とすると、より効果的に応力を分散して強度を高めることが可能になるので好適である。 The exhaust pipe joint structure of the present invention is provided at one end of the exhaust pipe with a tapered portion that expands toward the end, and a cylindrical large-diameter pipe portion that continues from the tapered portion through the bent portion, Fit the large-diameter pipe part of the exhaust pipe into the insertion hole of the joint flange, and place the end of the insertion hole of the joint flange in the vicinity of the bent part interposed between the taper part and the large-diameter pipe part. It arrange | positions in and is welded to an exhaust pipe. Further, when a sleeve is formed on one side of the joint flange and the end of the insertion hole of the joint flange is the tip of the sleeve, the tip of the sleeve is arranged in the vicinity of the bent portion to the exhaust pipe. It is characterized by welding. Further, it is preferable that the inclination angle of the taper portion is 20 degrees to 60 degrees, because the stress can be more effectively dispersed and the strength can be increased.
尚、テーパ部と大径管部との間に介在する屈曲部は後述する実施例の第2屈曲部に相当し、又、屈曲部近傍には、屈曲部、若しくは屈曲部近傍の大径管部、若しくは屈曲部近傍のテーパ部、若しくはこれらの適宜の組み合わせが含まれる。また、継手フランジは、排気管の安定した保持を確保すべく、スリーブを有するものとすると好適であるが、スリーブがないものとすることも可能である。更に、継手フランジの挿通穴の端には、前記挿通穴を構成するスリーブの先端以外の端が含まれ、例えば平板状のフランジ部に挿通穴が形成されている場合に、フランジ部の片面に於ける挿通穴の端等も含まれる。 The bent portion interposed between the taper portion and the large-diameter tube portion corresponds to a second bent portion in an embodiment described later, and the bent portion or the large-diameter tube near the bent portion is in the vicinity of the bent portion. Part, a taper part near the bent part, or an appropriate combination thereof. The joint flange preferably has a sleeve in order to ensure stable holding of the exhaust pipe, but may have no sleeve. Further, the end of the insertion hole of the joint flange includes an end other than the tip of the sleeve constituting the insertion hole. For example, when the insertion hole is formed in the flat flange portion, one end of the flange portion is formed. The end of the insertion hole is also included.
本発明の排気管継手構造は、継手フランジの挿通穴に排気管の筒形の大径管部を嵌合するものであるから、加工誤差や設計誤差等による排気管の軸方向の位置ズレを、挿通穴へ大径管部が挿入される長さを適宜調整して容易に吸収することができる。 In the exhaust pipe joint structure of the present invention, the cylindrical large-diameter pipe portion of the exhaust pipe is fitted into the insertion hole of the joint flange, so that the axial displacement of the exhaust pipe due to processing error, design error, etc. The length by which the large-diameter pipe portion is inserted into the insertion hole can be appropriately adjusted and absorbed easily.
また、継手フランジの挿通穴の端、好適にはスリーブ先端を屈曲部近傍に配置して排気管に溶接することにより、排気管のテーパ部等で応力の分散を図ることが可能となり、排気管と継手フランジとの溶接部付近の強度を非常に高めて排気管の破損を防止することができる。更に、肉厚の薄い排気管でも非常に高い強度を得ることが可能であることから、排気管の大幅な軽量化を図ることができる。 In addition, by disposing the end of the insertion hole of the joint flange, preferably the end of the sleeve in the vicinity of the bent portion and welding it to the exhaust pipe, it is possible to distribute the stress at the tapered portion of the exhaust pipe, etc. The strength in the vicinity of the welded portion between the joint flange and the joint flange can be greatly increased to prevent the exhaust pipe from being damaged. Furthermore, since an extremely high strength can be obtained even with a thin exhaust pipe, the exhaust pipe can be significantly reduced in weight.
また、排気管の端部だけにテーパ部等を設け、継手フランジにはテーパ部を設けないものであるから、加工作業に要する労力を低減することが可能であると共に、低コストで製造・供給することができる。 In addition, since the taper part is provided only at the end of the exhaust pipe and the taper part is not provided on the joint flange, it is possible to reduce the labor required for machining work and to manufacture and supply at low cost. can do.
本発明の排気管継手構造について、図1及び図2に示す自動車用排気管と継手フランジによる排気管継手構造の実施例に基づき説明する。 The exhaust pipe joint structure of the present invention will be described based on an embodiment of an exhaust pipe joint structure including an automobile exhaust pipe and a joint flange shown in FIGS.
本実施例に於ける自動車用の排気管1は、全体が略円筒形であり、円筒形の小径管部2から連なる排気管1の一方の端部には、排気管1の末端に向かって第1屈曲部3から立ち上げながら拡径するテーパ部4と、テーパ部4の終端から水平方向へ屈曲する第2屈曲部5と、テーパ部4から第2屈曲部5を介して連続し且つ排気管1の末端まで形成された円筒形の大径管部6とが設けられている。
The
本例の排気管1の板厚は1.0mm、テーパ部4の傾斜角度は約20度、小径管部2の外径は45mm、大径管部6の外径は48.6mm、大径管部6の長さは10mmである。尚、第2屈曲部5或いは後述する溶接部12と第1屈曲部3との距離は、第1屈曲部3に溶接の熱影響が出ない程度の距離とすると好適であり、例えば5mm〜30mm程度等とすることが可能であり、又、テーパ部4の傾斜角度は20度〜60度とすると好適である。
The thickness of the
継手フランジ7は、正面視略三角形のフランジ部8を有し、その三角形の各隅近傍に連結用のボルトが挿通されるボルト穴9が形成されている。フランジ部8の片面の中央には、周状の突条であるスリーブ10が形成され、スリーブ10の内側及びフランジ部8の前記スリーブ10の内側に対応する位置に形成された穴は、後述の排気管1が挿通される挿通穴11になっており、挿通穴11の内径と大径管部6の外径は略同一となっている。
The joint flange 7 has a
排気管1の大径管部6は、継手フランジ7の挿通穴11にスリーブ10側から挿通されており、継手フランジ7は、排気管1の大径管部6の外側にスリーブ10が配置され、且つスリーブ10の先端101が排気管1の第2屈曲部5の近傍に配置されるように、排気管1に嵌合されている。本例では、第2屈曲部5近傍として、スリーブ先端101を第2屈曲部5近傍の大径管部6上に配置しているが、スリーブ先端101を第2屈曲部5上に配置する、或いは第2屈曲部5近傍のテーパ部4上に配置することも可能である。
The large-
第2屈曲部5近傍の大径管部6上に周状に配置されたスリーブ先端101は、排気管1の外周面に周状に溶接され、排気管1の外周面に周状の溶接部12が形成されている。本例の溶接部12は、第2屈曲部5近傍の大径管部6から第2屈曲部5にかけて形成されているが、溶接部12を第2屈曲部5近傍の大径管部6に形成する、或いは第2屈曲部5に形成する、或いは第2屈曲部5近傍のテーパ部4に形成する、或いは第2屈曲部5及びその近傍のテーパ部4と大径管部6に形成する構成とすることが可能である。
A
次に、上記実施例の排気管継手構造と比較例の排気管継手構造との強度比較試験について説明する。 Next, a strength comparison test between the exhaust pipe joint structure of the above embodiment and the exhaust pipe joint structure of the comparative example will be described.
前提として、図3に示す比較例の排気管継手構造は、排気管1aの大径管部6aが上記実施例の大径管部6よりも長く形成され、排気管1aの大径管部6aの外側に嵌合配置されるスリーブ10aの先端101aが、第2屈曲部5aから約9.5mm離れた位置の大径管部6a上に配置されていること、及び比較例の排気管1aの板厚を1.2mm、1.5mm、2.0mmの3種とすることで相違し、他の構成は上記実施例と同様である。尚、比較例で上記実施例と対応する構成部には同一符号にaを付して示す。
As a premise, in the exhaust pipe joint structure of the comparative example shown in FIG. 3, the large
本強度比較試験では、実施例の排気管1(板厚1.0mm)と比較例の排気管1a(板厚1.2mm、板厚1.5mm、板厚2.0mmの3種)に於いて、図4に示すように、排気管1、1aに固着された継手フランジ7、7aのフランジ部8、8aを、強度試験の荷重に耐え且つ強度試験結果に影響することのない専用の剛体固定治具20に、ボルト穴9及び剛体固定治具20側のボルト穴にボルトを螺合して固定し、又、継手フランジ7、7aの固定側と反対側の排気管1、1aの端に疲労試験装置30の保持部34を取り付けて疲労試験装置30を連結し、保持部34で排気管1、1aの端を保持した。
In this strength comparison test, in the
前記疲労試験装置30は、前後方向(図4のA方向)に連続して往復動する駆動ロッド31と、駆動ロッド31の先端に固設された取付部32と、一端が取付部32に回転可能に軸支された接続ロッド33と、接続ロッド33の他端に回転可能に軸支された排気管1、1aの保持部34とを有し、駆動ロッド31の前後方向(A方向)の往復動を、両端を軸支された接続ロッド33を介して保持部34に伝達することにより、保持部34で保持された排気管1、1aの端に、円弧方向(図4のB方向)の連続した往復動による荷重を安定して繰り返し負荷することができるものである。
The
そして、疲労試験装置30で排気管1、1aに負荷する繰り返し荷重を、低荷重から高荷重まで任意の条件で幾つか設定し、設定した各一定荷重毎に疲労試験装置30を駆動して、円弧方向(図4のB方向)に排気管1、1a等の排気管継手構造に前記一定荷重で繰り返し負荷を与え、排気管1、1aの何れかの部位が破損するまで負荷を繰り返した。尚、排気管1、1a等の排気管継手構造は、剛体固定治具20に固定端で支持されていることから、継手フランジ7、7aと排気管1、1aを溶接接合した部位など固定箇所の近傍に応力集中を発生させることができる。
And several repeated loads applied to the
強度比較試験の結果検討として、実施例の排気管1等の排気管継手構造及び比較例の排気管1a等の排気管継手構造の破損部位と破損までの荷重負荷の繰り返し回数を比較し、実施例の強度的な優位性について確認した。
As a result of the strength comparison test, comparison was made by comparing the number of repetitions of the load load until failure in the exhaust pipe joint structure such as the
破損部位は、実施例の排気管継手構造及び比較例の排気管継手構造ともに排気管1、1aの溶接部12、12aの近傍であり、排気管1、1aの双方とも溶接部12、12aの強度が他の部位に比較して弱いことが判る。
The damaged part is in the vicinity of the welded
また、破損までの荷重負荷の繰り返し回数を図5(試験結果の近似曲線)に示す。図5に於いて、縦軸は繰り返し負荷する荷重、横軸は排気管1、1aが破損に至った際の荷重負荷の繰り返し回数である。図5から判るように、実施例の板厚1.0mmの排気管1は、比較例の各排気管1aの何れよりも、同一荷重の繰り返し負荷に対して破損に至る繰り返し回数が多い、或いは破損に至る同一繰り返し回数に対して必要な負荷荷重が大きく、比較例の最も厚い板厚2.0mmの排気管1aを超える強度を有していた。即ち、第2屈曲部5aから離れた位置でスリーブ先端101aが溶接される比較例の排気管1aに対し、第2屈曲部5の近傍で溶接される実施例の排気管1は、排気管1aの半分の板厚で排気管1aと同等又はそれ以上の強度が得られる。換言すれば、同一強度を得る場合、排気管1は比較例の排気管1aの半分程度の板厚で良いことになり、排気管の軽量化に絶大な効果を発揮できることが判る。
In addition, FIG. 5 (approximate curve of the test result) shows the number of repetitions of load loading until breakage. In FIG. 5, the vertical axis represents the load to be repeatedly loaded, and the horizontal axis represents the number of load loads to be repeated when the
本発明は、例えば自動車等に用いる排気管と継手フランジを溶接する排気管継手構造として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an exhaust pipe joint structure for welding an exhaust pipe and a joint flange used in, for example, an automobile.
1、1a 排気管
2、2a 小径管部
3、3a 第1屈曲部
4、4a テーパ部
5、5a 第2屈曲部
6、6a 大径管部
7、7a 継手フランジ
8、8a フランジ部
9 ボルト穴
10、10a スリーブ
101、101a スリーブ先端
11、11a 挿通穴
12、12a 溶接部
20 剛体固定治具
30 疲労試験装置
31 駆動ロッド
32 取付部
33 接続ロッド
34 保持部
1,
Claims (3)
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JP2005056261A JP2006242033A (en) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | Exhaust pipe joint structure |
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