JP2007162800A - フランジ付パイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えるとともに、機密性を確保することができるフランジ付パイプを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の排気管１は、フランジ１０と、パイプ１１とから構成されている。フランジ１０の上面側には、フランジ１０の上面を押圧保持する第１鍔部１１ａが、下面側には、フランジ１０の下面を押圧保持する第２鍔部１１ｃがそれぞれ形成されている。第１鍔部１１ａ及び第２鍔部１１ｃは、フランジ１０にかしめられている。これにより、第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｃによってフランジ１０が押圧保持され、溶接することなく固定される。そのため、製造コストを抑えることができる。また、第２鍔部１１ｃは、遠心方向に拡径されて形成されている。そのため、第２鍔部１１ｃ、ガスケット３、及びシリンダヘッド２が、互いに密着することができる。これにより、機密性を確保することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、パイプの一端にフランジが固定されているフランジ付パイプ及びその製造方法に関する。

車両に搭載されたエンジンの排気ガスは、排気マニホールド及び排気管を介して排気浄化装置に送られ、浄化されたあと大気に排出される。排気マニホールドや排気管は、エンジンや排気浄化装置との接続のため、また、互いの接続のためにフランジを備えている。このようなフランジを備えた排気マニホールドや排気管として、例えば特開平１０−１８８３８号公報や特開平１１−３３６５４０号公報に開示されているものがある。これらの排気マニホールドや排気管では、フランジが溶接によって固定されている。
特開平１０−１８８３８号公報 特開平１１−３３６５４０号公報

このように溶接によってフランジを固定する場合、消費するエネルギー量が多く、他の工法に比べ製造コストを低減することが困難である。また、溶接において不具合が発生した場合、機密性を確保できず、排気ガスが漏る可能性もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、製造コストを抑えるとともに、機密性を確保することができるフランジ付パイプを提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、パイプの中間部及び端部に、遠心方向に拡径された第１及び第２鍔部を形成し、これら鍔部によってフランジを押圧保持することで、従来必要とされた溶接を廃止するとともに、機密性も確保できることに思いつき、本発明を完成するにに至った。

すなわち、本発明のフランジ付パイプは、金属製のパイプと、該パイプが挿通する通孔を有し、該パイプの一端に固定されるフランジとからなるフランジ付パイプにおいて、該パイプは、該フランジの一面側から他面側に該通孔を挿通し、該フランジの該一面側の該パイプの中間部が遠心方向に拡径されて該フランジの該一面を押圧保持する第１鍔部と、該フランジの該他面側の該パイプの端部が遠心方向に拡径されて該フランジの該他面を押圧保持する第２鍔部とからなることを特徴とする。

この構成によれば、製造コストを抑えるとともに、機密性を確保することができる。パイプの中間部に、フランジの一面を押圧保持する第１鍔部を、また、パイプの端部に、フランジの他面を押圧保持する第２鍔部をそれぞれ設けることで、フランジをパイプに固定することができる。そのため、フランジの固定のために従来必要とされた溶接を廃止することができる。これにより、製造過程において消費されるエネルギー量が抑えられ、製造コストを低減することができる。また、パイプの端部の第２鍔部は、遠心方向に拡径されて形成されている。そのため、フランジを介して他部材に接続した場合、第２鍔部が相手部材と密着することができる。これにより、機密性を確保することができる。

本発明のフランジ付パイプを構成する第１鍔部は、パイプの中間部の軸方向中央部が最大外周径部となる二重円形リング板状とすることができる。これにより、パイプの全周に渡ってフランジの一面を確実に押圧保持することができる。

また、第２鍔部は、パイプの端部の先端が外周端となる円形リング板状とすることができる。これにより、パイプの全周に渡ってフランジの他面を確実に押圧保持することができる。フランジを介して他部材に接続した場合、パイプの全周に渡って相手部材と確実に密着することができる。なお、第２鍔部は、パイプの端部の軸方向中央部が最大外周径部となる二重円形リング板状であってもよい。

本発明のフランジ付パイプの製造方法は、金属製のパイプと、該パイプが挿通する通孔を有し、該パイプの一端に固定されるフランジとからなるフランジ付パイプの製造方法において、該パイプの中間部を遠心方向に拡径して該フランジの一面を押圧保持するための第１鍔部を形成する第１鍔部形成工程と、該パイプを該フランジの該一面側から他面側に該通孔に挿通させる組付工程と、該パイプの端部を遠心方向に拡径して該フランジの該他面を押圧保持するための第２鍔部を形成する第２鍔部形成工程と、該パイプの該中間部と該端部との間を軸方向に弾性変形させ該第１鍔部及び該第２鍔部によって該フランジを押圧保持させるかしめ工程とからなることを特徴とする。

この方法によれば、製造コストを抑えるとともに、機密性を確保できるフランジ付パイプを製造することができる。第１鍔部形成工程において、フランジの一面を押圧保持する第１鍔部を形成することができる。組付工程において、パイプをフランジに組付けることができる。第２鍔部形成工程において、フランジの他面を押圧保持する第２鍔部を形成することができる。かしめ工程において、弾性変形の反力により、第１鍔部と第２鍔部によってフランジを押圧保持することができる。そのため、フランジの固定のために従来必要とされた溶接工程を廃止することができる。これにより、製造過程において消費されるエネルギー量が抑えられ、製造コストを低減することができる。また、パイプの端部の第２鍔部は、遠心方向に拡径されて形成されている。そのため、フランジを介して他部材に接続した場合、第２鍔部が相手部材と密着することができる。これにより、機密性を確保することができる。

本発明のフランジ付パイプの製造方法を構成する第１鍔部形成工程は、パイプの中間部を拡管し軸方向に圧縮することで第１鍔部を形成する工程とすることができる。これにより、第１鍔部を確実に形成することができる。

また、第２鍔部形成工程は、パイプの端部を拡管することで第２鍔部を形成する工程とすることができる。これにより、第２鍔部を確実に形成することができる。なお、第２鍔部形成工程は、パイプの端部を拡管し先端を軸心側に折り返すことで第２鍔部を形成する工程としてもよい。

なお、本明細書でいう第１及び第２鍔部は、鍔部をそれぞれ区別するために便宜的に導入したものである。

本実施形態は、本発明に係るフランジ付パイプを、車両に搭載されたエンジンの排気ガスを排出する排気管に適用した例を示す。

（第１実施形態）
第１実施形態における排気管のフランジ周辺の断面図を図１に、上面図を図２に、下面図を図３に、エンジンに取付けられた排気管のフランジ周辺の断面図を図４に、図４におけるボルト締付け後の排気管のフランジ周辺の断面図を図５に、第１鍔部形成工程におけるパイプの端部周辺の断面図を図６に、上面図を図７に、組付工程におけるパイプの端部及びフランジ周辺の断面図を図８に、上面図を図９に、下面図を図１０にそれぞれ示す。そして、図１〜図１０を参照して構成、製造方法、効果の順で具体的に説明する。

まず、具体的構成について説明する。図１〜図３に示すように、排気管１は、フランジ１０と、パイプ１１とから構成されている。

フランジ１０は、金属からなる略楕円板状の部材である。フランジ１０の中央部には、パイプ１１が挿通する通孔１０ａが設けられている。通孔１０ａの内径は、パイプ１１の外径よりわずかに大きな寸法に設定されている。また、通孔１０ａの両側には、ボルトが挿通するボルト孔１０ｂ、１０ｃが設けられている。さらに、フランジ１０の下面には、後述するパイプ１１の第２鍔部１１ｃが収容されるリング状の溝部１０ｄが、通孔１０ａの周縁部に沿って形成されている。溝部１０ｄの深さは、第２鍔部１１ｃの下面が溝部１０ｄ以外のフランジ１０の下面と同一面になるような寸法に設定されている。

パイプ１１は、金属からなる薄肉円筒状の部材である。パイプ１１は、排気経路に合わせて湾曲している。パイプ１１は、フランジ１０の上面側から下面側に挿通している。フランジ１０の上面側には、パイプ１１の中間部が遠心方向に拡径されてフランジ１０の上面を押圧保持する第１鍔部１１ａが形成されている。第１鍔部１１ａは、パイプ１１の中間部の軸方向中央部が最大外周径部１１ｂとなる二重円形リング板状の部位である。また、フランジ１０の下面側には、パイプ１１の端部が遠心方向に拡径されて溝部１０ｄに収容され、フランジ１０の下面を押圧保持する第２鍔部１１ｃが形成されている。第２鍔部１１ｃは、パイプ１１の端部の先端が外周端となる円形リング板状の部位である。第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｃは、フランジ１０にかしめられている。これにより、第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｃによってフランジ１０が押圧保持され、溶接することなく、パイプ１１にフランジ１０が固定される。このとき、第２鍔部１１ｃの下面は、フランジ１０の下面と同一面となっている。

排気管１は、図４に示すように、エンジンのシリンダヘッド２にガスケット３を介してボルト４、５によって取付けられる。

ガスケット３は、略楕円板状の部材である。ガスケット３の中央部には、内径がパイプ１１の内径と同一寸法である通孔３ａが設けられている。また、通孔３ａの周縁部は、二重円形リング板状に成形されている。さらに、通孔３ａの両側には、ボルトが挿通するボルト孔３ｂ、３ｃが設けられている。

そして、図５に示すように、ボルト４、５を締付けることで、通孔３ａの周縁部がたわみ、反力が発生する。その反力で、第２鍔部１１ｃの下面とガスケット３との間、及びシリンダブロック２とガスケット３との間でシール圧が発生し、排気管１とシリンダヘッド２との機密性が確保される。そのため、シリンダブロック２の排気ポート２ａから排出される排気ガスが、シリンダブロック２と排気管１の接続部分から漏れることはない。

次に具体的製造方法について説明する。排気管１は、第１鍔部形成工程、組付工程、第２鍔部形成工程、かしめ工程を、この順に経て製造される。

第１鍔部形成工程は、図６及び図７に示すように、パイプ１１の端部から軸方向に所定寸法離れた中間部に、第１鍔部１１ａを形成する工程である。第１鍔部１１ａは、パイプ１１の中間部を遠心方向に拡管し、さらに軸方向に圧縮して形成される。これにより、パイプ１１の中間部の軸方向中央部が最大外周径部１１ｂとなる二重円形リング板状の部位である第１鍔部１１ａが形成される。

組付工程は、図８〜図１０に示すように、第１鍔部１１ａの形成されたパイプ１１を
フランジ１０に組付ける工程である。パイプ１１は、フランジ１０の通孔１０ａに上面側から下面側向かって挿通され組付けられる。フランジ１０の上面には、第１鍔部１１ａが当接した状態で、パイプ１１が保持されている。また、フランジ１０の下面側には、パイプ１１の端部が下方に突出している。

第２鍔部形成工程は、フランジ１０に組付けられ、フランジ１０の下面側に突出したパイプ１１の端部に、図１〜図３に示すように、第２鍔部１１ｃを形成する工程である。第２鍔部１１ｃは、パイプ１１の端部を拡管しフランジ１０の溝部１１ｄに収容するようにして形成される。これにより、円形リング板状の第２鍔部１１ｃが形成される。

かしめ工程は、第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｃをフランジ１０にかしめる工程である。第１鍔部１１ａの上面を下方に向かって、第２鍔部１１ｃの下面を上方に向かってそれぞれ同時に押圧し、パイプ１１の第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｃの間の部位を軸方向に弾性変形させる。この弾性変形の反力により、第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｃによってフランジ１０が押圧保持される。このとき、第２鍔部１１ｃの下面は、フランジ１１の下面と同一面となっている。

最後に、具体的効果について説明する。第１実施形態の排気管によれば、製造コストを抑えるとともに、機密性を確保することができる。パイプ１１の中間部に、フランジ１０の上面を押圧保持する第１鍔部１１ａを、また、パイプ１１の端部に、フランジ１０の下面を押圧保持する第２鍔部１１ｃをそれぞれ設けることで、フランジ１０をパイプ１１に固定することができる。そのため、フランジ１０の固定のために従来必要とされた溶接を廃止することができる。これにより、製造過程において消費されるエネルギー量が抑えられ、製造コストを低減することができる。また、パイプ１１の端部の第２鍔部１１ｃは、遠心方向に拡径されて形成されている。そのため、エンジンのシリンダヘッド２に、ガスケット３を介して排気管１を取付け場合、第２鍔部１１ｃ、ガスケット３、及びシリンダヘッド２が、互いに密着することができる。これにより、機密性を確保することができる。

また、第１鍔部１１ａを二重円形リング板状とすることで、パイプ１１の全周に渡って、フランジ１０の上面を確実に押圧保持することができる。

さらに、第２鍔部１１ｃを円形リング板状とすることで、パイプ１１の全周に渡って、フランジ１０の下面を確実に押圧保持することができる。また、エンジンのシリンダヘッド２に、ガスケット３を介して取付けた場合、パイプ１１の全周に渡ってガスケット３と確実に密着することができる。

第１実施形態の排気管の製造方法によれば、製造コストを抑えるとともに、機密性を確保できる排気管を製造することができる。第１鍔部形成工程において、フランジ１０の上面を押圧保持する第１鍔部１１ａを形成することができる。組付工程において、パイプ１１をフランジ１０に組付けることができる。第２鍔部形成工程において、フランジ１０の下面を押圧保持する第２鍔部１１ｃを形成することができる。かしめ工程において、弾性変形の反力により、第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｃによってフランジ１０を押圧保持することができる。そのため、フランジ１０の固定のために従来必要とされた溶接工程を廃止することができる。これにより、前述したように、製造コストを低減するとともに、機密性を確保することができる。

また、パイプ１１の中間部を遠心方向に拡管し、さらに軸方向に圧縮する第１鍔部形成工程により、第１鍔部１１ａを確実に形成することができる。

さらに、パイプ１１の端部を拡管しフランジ１０の溝部１１ｄに収容する第２鍔部形成工程により、第２鍔部１１ｃを確実に形成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態における排気管のフランジ周辺の断面図を図１１に、下面図を図１２に、エンジンに取付けられた排気管のフランジ周辺の断面図を図１３に、図１３におけるボルト締付け後の排気管のフランジ周辺の断面図を図１４にそれぞれ示す。

第２実施形態における排気管は、第１実施形態における排気管に対して、第２鍔部を円形リング板状から二重円形リング板状に変更したものである。ここでは、第１実施形態における排気管との相違部分である第２鍔部の構成及び製造方法についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、具体的構成について説明する。図１１及び図１２に示すように、フランジ１０の下面には、後述するパイプ１１の第２鍔部１１ｄが収容されるリング状の溝部１０ｅが、通孔１０ａの周縁部に沿って形成されている。溝部１０ｅの深さは、排気管１を取付けたとき、第２鍔部１１ｄの下面が溝部１０ｅ以外のフランジ１０の下面と同一面になるような寸法に設定されている。

フランジ１０の下面側には、パイプ１１の端部が遠心方向に拡径されてフランジ１０の下面を押圧保持する第２鍔部１１ｄが形成されている。第２鍔部１１ｄは、パイプ１１の端部の軸方向中央部が最大外周径部１１ｅとなる二重円形リング板状の部位である。これにより、第１鍔部１１ａと第２鍔部１１ｄによってフランジ１０が押圧保持され、溶接することなく、パイプ１１にフランジ１０が固定される。このとき、第２鍔部１１ｃの下面は、フランジ１０の下面から下方に突出しているが、排気管１を取付けたとき、フランジ１０の下面と同一面になるように設定されている。

排気管１は、図１３に示すように、エンジンのシリンダヘッド２にガスケット６を介してボルト４、５によって取付けられる。

ガスケット６は、略楕円薄板状の部材である。ガスケット６の中央部には、内径がパイプ１１の内径と同一寸法である通孔６ａが設けられている。さらに、通孔６ａの両側には、ボルトが挿通するボルト孔６ｂ、６ｃが設けられている。

そして、図１５に示すように、ボルト４、５を締付けることで、第２鍔部１１ｄがたわみ、反力が発生する。その反力で、第２鍔部１１ｄの下面とガスケット６との間、及びガスケット６とシリンダブロック２との間でシール圧が発生し、排気管１とシリンダヘッド２との機密性が確保される。そのため、シリンダブロック２の排気ポート２ａから排出される排気ガスが、シリンダブロック２と排気管１の接続部分から漏れることはない。

次に具体的製造方法について説明する。第２鍔部形成工程は、フランジ１０に組付けられ、フランジ１０の下面側に突出したパイプ１１の端部に、図１１〜図１２に示すように、第２鍔部１１ｄを形成する工程である。第２鍔部１１ｄは、パイプ１１の端部を遠心方向に拡管し、さらに先端を軸心側に折り返して形成される。これにより、パイプ１１の端部の軸方向中央部が最大外周径部１１ｅとなる二重円形リング板状の部位である第２鍔部１１ｄが形成される。

最後に、具体的効果について説明する。第２実施形態の排気管によれば、第２鍔部１１ｄを二重円形リング板状とすることで、パイプ１１の全周に渡って、フランジ１０の下面を確実に押圧保持することができる。また、ガスケットの構成にかかわらず、確実にシール圧を発生させることができる。

第２実施形態の排気管の製造方法によれば、パイプ１１の端部を拡管し、さらに先端を軸心側に折り返す第２鍔部形成工程により、第２鍔部１１ｄを確実に形成することができる。

なお、第１及び第２実施形態では、パイプ１１が円筒状である例を挙げているが、これに限られるものではない。パイプの軸方向に直交する方向の断面形状が、楕円状であってもよい。また、多角形状であってもよい。この場合においても、同様にして排気管を構成することができる。

また、第１及び第２実施形態では、エンジンのシリンダヘッド２に排気管１を取付けたとき、第２鍔部１１ｃ、１１ｄが溝部１０ｄ、１０ｅに収容され、その下面がフランジ１０の下面と同一面になるように設定されている例を挙げているが、これに限られるものではない。第２鍔部１１ｃ、１１ｄの下面が、フランジ１０の下面より下方に突出していてもよい。そのため、溝部１０ｄ、１０ｅがなくてもよい。この場合においても、ガスケットを介して機密性を確保することができる。

第１実施形態における排気管のフランジ周辺の断面図である。 排気管のフランジ周辺の上面図である。 排気管のフランジ周辺の下面図である。 エンジンに取付けられた排気管のフランジ周辺の断面図である。 図４におけるボルト締付け後の排気管のフランジ周辺の断面図である。 第１鍔部形成工程におけるパイプの端部周辺の断面図である。 第１鍔部形成工程におけるパイプの端部周辺の上面図である。 組付工程におけるパイプの端部及びフランジ周辺の断面図である。 組付工程におけるパイプ端部及びフランジ周辺の上面図である。 組付工程におけるパイプの端部及びフランジ周辺の下面図である。 第２実施形態における排気管のフランジ周辺の断面図である。 排気管のフランジ周辺の下面図である。 エンジンに取付けられた排気管のフランジ周辺の断面図である。 図１３におけるボルト締付け後の排気管のフランジ周辺の断面図である。

符号の説明

１・・・排気管、１０・・・フランジ、１０ａ・・・通孔、１０ｂ、１０ｃ・・・ボルト孔、１０ｄ、１０ｅ・・・溝部、１１・・・パイプ、１１ａ・・・第１鍔部、１１ｂ、１１ｅ・・・最大外周径部、１１ｃ、１１ｄ・・・第２鍔部、２・・・シリンダヘッド、２ａ・・・排気ポート、３、６・・・ガスケット、３ａ、６ａ・・・通孔、３ｂ、３ｃ、６ｂ、６ｃ・・・ボルト孔、４、５・・・ボルト

Claims (8)

1. 金属製のパイプと、該パイプが挿通する通孔を有し、該パイプの一端に固定されるフランジとからなるフランジ付パイプにおいて、
   該パイプは、該フランジの一面側から他面側に該通孔を挿通し、該フランジの該一面側の該パイプの中間部が遠心方向に拡径されて該フランジの該一面を押圧保持する第１鍔部と、該フランジの該他面側の該パイプの端部が遠心方向に拡径されて該フランジの該他面を押圧保持する第２鍔部とからなることを特徴とするフランジ付パイプ。
2. 前記第１鍔部は、前記パイプの前記中間部の軸方向中央部が最大外周径部となる二重円形リング板状であることを特徴とする請求項１に記載のフランジ付パイプ。
3. 前記第２鍔部は、前記パイプの前記端部の先端が外周端となる円形リング板状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフランジ付パイプ。
4. 前記第２鍔部は、前記パイプの前記端部の軸方向中央部が最大外周径部となる二重円形リング板状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフランジ付パイプ。
5. 金属製のパイプと、該パイプが挿通する通孔を有し、該パイプの一端に固定されるフランジとからなるフランジ付パイプの製造方法において、
   該パイプの中間部を遠心方向に拡径して該フランジの一面を押圧保持するための第１鍔部を形成する第１鍔部形成工程と、該パイプを該フランジの該一面側から他面側に該通孔に挿通させる組付工程と、該パイプの端部を遠心方向に拡径して該フランジの該他面を押圧保持するための第２鍔部を形成する第２鍔部形成工程と、該パイプの該中間部と該端部との間を軸方向に弾性変形させ該第１鍔部及び該第２鍔部によって該フランジを押圧保持させるかしめ工程とからなることを特徴とするフランジ付パイプの製造方法。
6. 前記第１鍔部形成工程は、前記パイプの前記中間部を拡管し軸方向に圧縮して前記第１鍔部を形成することを特徴とする請求項５に記載のフランジ付パイプの製造方法。
7. 前記第２鍔部形成工程は、前記パイプの前記端部を拡管して前記第２鍔部を形成することを特徴とする請求項５又は６に記載のフランジ付パイプの製造方法。
8. 前記第２鍔部形成工程は、前記パイプの端部を拡管し先端を軸心側に折り返して第２鍔部を形成することを特徴とする請求項５又は６に記載のフランジ付パイプの製造方法。

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