JP2007303569A - フランジ付パイプ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えるとともに、機密性を確保し、加わる応力を緩和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、下面側には下面を押圧保持する第２鍔部１１ｃが形成されている。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によりフランジ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られる。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が互いに密着できる。これにより機密性を確保できる。さらに、第１鍔部１１ａの軸方向上方には拡管部１１ｄが形成されている。これにより応力を緩和できる。
【選択図】図６

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、浄化された後大気に排出される。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号公報に開示されている排気管がある。この排気管の端部には、フランジが溶接によって固定されている。また、排気管の溶接部近傍には、管内方へ凸のビードが全周に渡ってリング状に形成されている。これにより、溶接部における応力集中の発生を防止できる。
特開平１０−１８８３８号公報

しかし、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、例え溶接部における応力集中の発生が防止できたとしても、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、機密性を確保し、加わる応力を緩和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鍔部を形成してフランジを押圧保持し、さらに、第１鍔部から間隔を隔てて拡管部を設けることで、従来必要とされた溶接を廃止するとともに、機密性を確保し、応力をも緩和できることに思いつき、本発明を完成するに至った。

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、該フランジの該一面側で該第１鍔部より軸方向に間隔を隔てて設けられた少なくとも１箇の拡管部とを有することを特徴とする。ここで、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。

この構成によれば、製造コストを抑えるとともに、機密性を確保し、加わる応力を緩和することができる。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。さらに、フランジの一面側で第１鍔部より軸方向に間隔を隔てて拡管部を少なくとも１個設けることで、変形等に伴って発生する応力を吸収することができる。これにより、フランジ付パイプに加わる応力を緩和することができる。なお、拡管部は複数設けてもよい。その場合、複数箇所に分けて設けてもよい。

また、拡管部は、フランジの近傍に設けられている方がより好ましい。これにより、フランジとパイプの接合部に加わる応力を確実に緩和することができる。

ここで、拡管部は、パイプを遠心方向に拡径して形成することができる。これにより、軸方向への伸縮及び曲げが可能となり、確実に応力を吸収することができる。また、拡管部は、拡径部位が軸方向に連続する蛇腹構造としてもよい。

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、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図を図３に、下面図を図４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５に、図５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６にそれぞれ示す。そして、図１〜図６を参照して構成、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４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。さらに、フランジ１０の近傍であって、第１鍔部１１ａより間隔を隔てた軸方向上方には、パイプ１１が遠心方向に拡径された拡管部１１ｄが１個形成されている。

排気管１は、図５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６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。また、排気管１内を流れる排気ガスの熱によってパイプ１１が熱変形しても、拡管部１１ｄが伸縮するとともに曲がり、熱変形に起因して発生する応力が吸収される。さらに、加工精度に起因して、組み付け時にパイプ１１が変形しても、同様に、発生する応力が吸収される。そのため、フランジ１０とパイプ１１の接合部に応力が集中することはない。

次に、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、機密性を確保し、加わる応力を緩和することができる。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。さらに、第１鍔部１１ａより軸方向上方に間隔を隔てて、拡管部１１ｄが１個設けられることで、高温の排気ガスによる熱変形や加工精度に起因して発生する組付け時の変形によって発生する応力を吸収することができる。これにより、排気管１に加わる応力を緩和することができる。

また、拡管部１１ｄをフランジ１０の近傍に設けることで、フランジ１０とパイプ１１の接合部に加わる応力を確実に緩和することができる。

さらに、拡管部１１ｄを遠心方向い拡径して形成することで、軸方向への伸縮及び曲げが可能となり、確実に応力を吸収することができる。

（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７に、上面図を図８に、図７におけるＢ−Ｂ矢視断面図を図９に、下面図を図１０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１１に、図１１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１２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、また、拡管部を蛇腹構造にそれぞれ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鍔部及び拡管部の構成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７〜１０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１１ｅ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１１ｅ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１１ｅが形成されている。第２鍔部１１ｅは、パイプ１１の端部の軸方向中央部が最大外周径部１１ｆ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１１ｅ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１１ｅ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。さらに、フランジ１０の近傍であって、第１鍔部１１ａより間隔を隔てた軸方向上方には、遠心方向に拡径された部位が軸方向に連続する蛇腹構造の拡管部１１ｇが形成されている。

排気管１は、図１１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１２に示すように、ボルト４、５を締付けることで、第２鍔部１１ｅがたわみ、反力が発生する。その反力で、第２鍔部１１ｅ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。また、パイプ１１が熱変形しても、拡管部１１ｇが伸縮するとともに曲がり、熱変形に起因して発生する応力が吸収される。さらに、加工精度に起因して、組み付け時にパイプ１１が変形しても、同様に、発生する応力が吸収される。そのため、フランジ１０とパイプ１１の接合部に応力が集中することはない。

次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１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、拡管部１１ｇを蛇腹構造とすることで、軸方向への伸縮量及び曲げ量が拡大し、より確実に応力を吸収することができる。

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、１１ｅ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、１１ｅ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。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 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５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上面図である。 図７におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 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１１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、１１ｆ・・・最大外周径部、１１ｃ、１１ｅ・・・第２鍔部、１１ｄ・・・拡管部、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 (4)

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、該フランジの該一面側で該第１鍔部より軸方向に間隔を隔てて設けられた少なくとも１箇の拡管部とを有することを特徴とするフランジ付パイプ。
2. 前記拡管部は、前記フランジの近傍に設けられてい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. 前記拡管部は、該パイプを遠心方向に拡径して形成されてい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. 前記拡管部は、蛇腹構造を有することを特徴とする請求項３に記載のフランジ付パイプ。

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