JP2009047137A - 車両用消音器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを低減できると同時に、シェルとエンドプレートとの接合スピードをアップして生産性を向上できる車両用消音器及びその製造方法の提供。
【解決手段】 筒状のシェル４の開口端部に略器状のエンドプレート５（６）の開口端部が接合されたマフラ本体２を有する車両用消音器であって、シェル４の開口端部にマフラ本体２の径方向外側へ屈折した第１接合部７を形成し、エンドプレート５（６）の開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部８を形成し、シェル４の第１接合部７をエンドプレート５（６）の第２接合部８に重ねて、該両接合部7,8を電磁シーム溶接して接合した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用消音器及びその製造方法に関する。

従来、筒状のシェルの開口両端部にそれぞれ対応するエンドプレートの開口端部をロックシーム加工により接合してマフラ本体を形成した車両用消音器の技術が公知となっている（特許文献１参照）。
また、近年、前述したロックシーム加工の代わりにブレージング溶接やレーザ溶接を用いることにより、生産性向上（接合スピードの向上）、気密性確保、及びロックシーム部の廃止に伴う材料費の低減、更には製品の軽量化を達成することが提案されている（特許文献２、３参照）。
特開２００７−１６２５３７号公報 特開２００６−１７０１５１号公報 特開２００４−１５６４７４号公報

しかしながら、従来の発明のうちの前者のブレージング溶接にあっては、接合部間の許容隙間がレーザ溶接に比べて遙かに大きく、溶接施工性は高いものの、溶接スピードが遅い上にブレージング材が高価で製造コストが高くなってしまう。

一方、後者のレーザ溶接では、前述した許容隙間が０．２〜０．３ｍｍと極めて狭い範囲となることから、接合部間の密着度を高く保つ必要がある。
加えて、シェルとエンドプレートの外周上を順次レーザ照射しながら溶接するため、ブレージング溶接に比べて接合スピードは速いものの、更なる接合スピードのアップが要求されている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、製造コストを低減できると同時に、シェルとエンドプレートとの接合スピードをアップして生産性を向上できる車両用消音器及びその製造方法を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明では、筒状のシェルの開口端部に略器状のエンドプレートの開口端部が接合されたマフラ本体を有する車両用消音器であって、前記シェルの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第１接合部を形成し、前記エンドプレートの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部を形成し、前記シェルの第１接合部をエンドプレートの第２接合部に重ねて、該両接合部を電磁シーム溶接して接合したことを特徴とする。

請求項３記載の発明では、筒状のシェルの開口両端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第１接合部をそれぞれ形成する工程と、前記シェルの開口両端部にそれぞれ接合される略器状のエンドプレートの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部をそれぞれ形成する工程と、前記シェルの外周部を一対のコイル支持体で挟んで固定すると同時に、これら各コイル支持体に固定されたコイル分割体をそれぞれ対応する第１接合部の全周に亘って近接配置する工程と、前記各第１接合部に、それぞれ対応するエンドプレートの第２接合部をその全周に亘ってバックプレートにより押圧して重ね合わせる工程と、前記コイル分割体に瞬間大電流を流すことにより両接合部を電磁シーム溶接して接合する工程を備えることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、筒状のシェルの開口端部に略器状のエンドプレートの開口端部が接合されたマフラ本体を有する車両用消音器であって、前記シェルの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第１接合部を形成し、前記エンドプレートの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部を形成し、前記シェルの第１接合部をエンドプレートの第２接合部に重ねて、該両接合部を電磁シーム溶接して接合したため、製造コストを低減できると同時に、シェルとエンドプレートとの接合スピードをアップして生産性を向上できる。

また、請求項３記載の発明では、筒状のシェルの開口両端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第１接合部をそれぞれ形成する工程と、前記シェルの開口両端部にそれぞれ接合される略器状のエンドプレートの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部をそれぞれ形成する工程と、前記シェルの外周部を一対のコイル支持体で挟んで固定すると同時に、これら各コイル支持体に固定されたコイル分割体をそれぞれ対応する第１接合部の全周に亘って近接配置する工程と、前記各第１接合部に、それぞれ対応するエンドプレートの第２接合部をその全周に亘ってバックプレートにより押圧して重ね合わせる工程と、前記コイル分割体に瞬間大電流を流すことにより両接合部を電磁シーム溶接して接合する工程を備えるため、シェルの開口両端部をそれぞれ対応するエンドプレートに効率良く電磁シーム溶接して接合でき、好適となる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１の車両用消音器の側断面図、図２は実施例１の車両用消音器の内部を説明する断面図、図３〜７は実施例１の車両用消音器の製造方法を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１、２に示すように、実施例１の車両用消音器では、マフラ本体１と、インレットパイプ２と、アウトレットパイプ３が備えられ、全てステンレス製となっている。

マフラ本体１は、筒状に形成されるシェル４と、このシェル４の開口両端部を閉塞するエンドプレート5,6とから構成されている。

シェル４は、ステンレス製薄板を多重（実施例１では２周）に巻回して楕円形断面の筒状される他、その端部が軸方向に亘って複数の箇所においてスポット溶接Ｓ１で固定されている。なお、図示の都合上シェル４は一枚で図示する。
また、シェル４の開口両端部には、マフラ本体１の径方向外側へ屈折した第１接合部７がそれぞれ形成されている。

一方、エンドプレート５（６）は、シェル４よりも板厚寸法が大きいステンレス製薄板をプレス絞り加工してシェル４側へ開口した略器状に形成される他、その開口端部にはマフラ本体１の径方向外側へ屈折した第２接合部８が形成されている。

そして、シェル４の各第１接合部７は、エンドプレート5,6のそれぞれ対応する第２接合部８に重ねられた状態で電磁シーム溶接により接合されている。

また、両接合部7,8における径方向への突出長さＬ１は、シェル４よりも板厚寸法が大きいエンドプレート５（６）の板厚Ｄ１×１．５〜２．０となるように形成されている。なお、両接合部7,8の板厚が等しい場合には、その板厚を板厚Ｄ１とする。

シェル４の中途部には、板状のバッフルプレート９が設けられ、これによって、マフラ本体１の内部が消音室R1,R2に区分けされている。
また、バッフルプレート９の外周部は、マフラ本体の軸方向へ屈折されてシェル４に対して複数の箇所においてスポット溶接Ｓ２で固定されている。

インレットパイプ２は、エンドプレート５とバッフルプレート９を貫通した状態でこれらにブレージング溶接X1,X2でそれぞれ固定される他、その一端部２ａが図外のエンジン側の接続管に接続される他、中途部がパンチング穴２ｂを介して消音室Ｒ１に連通され、他端部２ｃが消音室Ｒ２に連通された状態で設けられている。なお、ブレージング溶接X1,X2はレーザ溶接や加締め加工に代えても良い。

アウトレットパイプ３は、エンドプレート６とバッフルプレート９を貫通した状態でこれらにブレージング溶接X3,X4でそれぞれ固定される他、その一端部３ａが図外のテールパイプに接続される一方、他端部３ｂが消音室Ｒ１に連通した状態で設けられている。なお、ブレージング溶接X3,X4はレーザ溶接や加締め加工に代えても良い。

従って、実施例１の車両用消音器では、インレットパイプ２からマフラ本体１に流入した排気ガスがパンチング穴２ｂを介して消音室Ｒ１に流入する際に拡張作用を受けて消音される一方、他端部２ｃから該排気ガスの騒音エネルギーが消音室Ｒ２に流入する際に共鳴作用を受けて消音される。
また、消音室Ｒ１の排気ガスは、アウトレットパイプ３から図外のテールパイプを介して外部へ排出され、消音器として機能する。

次に、実施例１の車両用消音器の製造方法を説明する。
このように構成された車両用消音器を製造する際には、先ず、筒状のシェルの開口両端部に第１接合部７をそれぞれ形成する。
第１接合部７の形成方法としてはシェル４を筒状に形成して前述のスポット溶接Ｓ１を終えた後、その開口両端部を図外の公知の拡径用治具により所定角度まで変形させて拡径させた後、プレス用治具により軸直方向となるまで屈折させる。
なお、拡径用治具とプレス用治具は１つの治具として連続的に加工を行うようにしても良い。

次に、エンドプレート5,6の開口端部に第２接合部８をそれぞれ形成する。
第２接合部８は、図外の公知のプレス絞り加工装置でエンドプレート5,6を形成する際にそれぞれ形成する。

次に、図３に示すように、インレットパイプ２、アウトレットパイプ３、及びバッフルプレート９の三者を前述の溶接X2,X4で固定した後、シェル４内に挿入し、バッフルプレート９をシェル４に前述のスポット溶接Ｓ２で固定する。

次に、図４に示すように、シェル４の下部を、上下に離間して配置される一対のコイル支持体11,12のうちのコイル支持体１２に載置して嵌合させた後、図５に示すように、コイル支持体１１に結合された図外の油圧式またはエア式等のシリンダのロッドを伸長させて該コイル支持体１１をシェル４の上部に嵌合させることにより、コイル支持体11,12でシェル４の外周部を挟んで固定する。
この際、各コイル支持体11,12の両端部にそれぞれ固定された略半円形状のコイル分割体13,14の端部同士が当接して楕円形状のコイル１５が形成されると共に、各コイル１５はシェル４のそれぞれ対応する第１接合部７の全周に亘って近接配置される。

次に、図６に示すように、シェル４の両側において、シェル４側に開口した略器状のバックプレート16,17にそれぞれ対応するエンドプレート5,6を嵌合させた状態で載置し、図７に示すように、バックプレート16,17に結合された図外の油圧式またはエア式等のシリンダを伸長させて、バックプレート16,17の端部１８でそれぞれ対応するエンドプレート5,6の第２接合部８をシェル４のそれぞれ対応する第１接合部７に密着させる。

次に、シェル４の両側において、コンデンサ電源１９、放電ギャップスイッチ２０から成る電気回路の端子をコイル１５に接続した後、放電ギャップスイッチ２０を閉じて該コイル１５に瞬間大電流を流すことにより、両接合部7,8を電磁シーム溶接して接合する。
具体的には、コイル１５に電流が流れると、コイル１５付近に生じた高密度磁束が両接合部7,8の重ねた部分にコイル１５側から交差し、第１接合部７側には渦電流と呼ばれる誘導電流が流れる。
そして、渦電流はコイル１５近くでコイル電流とは反対向きに大きな電流密度で流れる。第１接合部７はこの渦電流でシュール加熱されると共に、第２接合部８側への電磁力を受けて変形しながら第１接合部８に圧接されて接合される。

この電磁シーム溶接は、両接合部7,8の接合面が殆ど溶融しない固相結合であり、その接合強度は母材強度に近く、板厚寸法が第１接合部７に比べて大きい第２接合部８の１、５〜２．０倍の重ね部分（両接合部7,8の突出長さＬ１）を確保さえすれば所望の接合力を得られるため、接合強度を確保しつつ、材料コストの低減、軽量化、及びマフラ本体１のコンパクト化を実現できる。

また、両接合部7,8間に製造精度の誤差や組み付け精度の誤差により多少の隙間が生じた場合であっても、第１接合部７が第２接合部８側へ変形して圧接することで良好に接合でき、製品信頼性を向上できる。
加えて、実施例１では第２接合部８に比べて板厚寸法が小さい第１接合部７側にコイル１５を配置しているため、第２接合部８の板厚寸法を大きくしても良好な接合が可能となる。

また、両接合部7,8の接合に要する時間は一瞬（約０．１〜０．２秒）であるため、両接合部7,8の接合スピードを飛躍的に上げて車両用消音器の生産性を向上できる。

さらに、実施例１では両接合部7,8がマフラ本体１の軸に対して９０°の角度（軸直方向）を持って設定されているため、コイル１５及びバックプレート16,17を容易に配置して移動できる。

ここで、両接合部7,8の接合を従来のように、ブレージング溶接で行った場合には、接合部間の許容隙間がレーザ溶接に比べて遙かに大きく、溶接施工性は高いものの、溶接スピードが遅い上にブレージング材が高価で製造コストが高くなってしまう。
一方、レーザ溶接を用いた場合は、前述した許容隙間が０．２〜０．３ｍｍと極めて狭い範囲となることから、接合部間の密着度を高く保つ必要がある。
加えて、シェルとエンドプレートの外周上を順次レーザ照射しながら溶接するため、ブレージング溶接に比べて接合スピードは速いものの、更なる接合スピードのアップが要求されていた。

これに対し、実施例１では、前述したように、シェル４とエンドプレート5,6を電磁シーム溶接して接合したため、製造コストを低減できると同時に、接合スピードをアップして生産性を向上できる。

また、ブレージング材を必要とせず、両接合部7,8の僅かな突出長さＬ１でこれら両者を接合できるため、材料コストの削減と軽量化を実現できる。

また、実施例１では、シェル４とエンドプレート5,6を同時に接合でき、更なる生産性を向上できる。

なお、実施例１では、シェル４の両側に電気回路をそれぞれ設けて電流を流しているが、１つの電気回路で行っても良い。

最後に、コイル支持体11,12及びバックプレート16,17を元の位置に戻してマフラ本体１を取り出した後、インレットパイプ２の一端部２ａ及びアウトレットパイプ３の一端部３ａをそれぞれ対応するエンドプレート5,6にブレージング溶接X1,X3して固定することにより、所望の車両用消音器を得る。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１では、筒状のシェル４の開口端部に略器状のエンドプレート５（６）の開口端部が接合されたマフラ本体２を有する車両用消音器であって、シェル４の開口端部にマフラ本体２の径方向外側へ屈折した第１接合部７を形成し、エンドプレート５（６）の開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部８を形成し、シェル４の第１接合部７をエンドプレート５（６）の第２接合部８に重ねて、該両接合部7,8を電磁シーム溶接して接合したため、製造コストを低減できると同時に、シェルとエンドプレート５（６）との接合スピードをアップして生産性を向上できる。

また、両接合部7,8の屈折した突出長さＬ１を、第２接合部８の板厚Ｄ１×１．５〜２.０としたため、接合信頼度を確保しつつ、材料コストの低減、軽量化、及びマフラ本体１のコンパクト化を実現できる。

また、筒状のシェル４の開口両端部にマフラ本体１の径方向外側へ屈折した第１接合部７をそれぞれ形成する工程と、シェル４の開口両端部に接合されるそれぞれ略器状のエンドプレート５（６）の開口端部にマフラ本体１の径方向外側へ屈折した第２接合部８をそれぞれ形成する工程と、シェル４の外周部を一対のコイル支持体11,12で挟んで固定すると同時に、これら各コイル支持体11,12に固定されたコイル分割体13,14をそれぞれ対応する第１接合部７の全周に亘って近接配置する工程と、各第１接合部７にそれぞれ対応するエンドプレート５（６）の第２接合部８をその全周に亘ってバックプレート16,17により押圧して重ね合わせる工程と、各コイル分割体13,14（コイル１５）に瞬間大電流を流すことにより両接合部7,8を電磁シーム溶接して接合する工程を備えるため、シェル４とエンドプレート5,6を同時に効率良く電磁シーム溶接して接合でき、好適となる。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、両接合部7,8の材質は導電性のものであれば適宜設定できる。同様に、マフラ本体１の内部構造についても任意に設定できる。
さらに、シェル４は楕円形断面に限らず、円形断面、四角形断面、レーストラック型断面等の様々な断面形状を採用できる。

また、実施例１では、第１接合部側７にコイル１５を配置したが、第２接合部８側にもコイルを配置して電磁シーム溶接しても良い。この場合、一方側のコイルと接合部との間にアルミ薄板と絶縁シートを介在させて接合部の渦流を促進させるようにしても良い。
さらに、コイル支持体１１を下降させてシェル４の外周上部に外嵌させる工程をバックプレート16,17で両接合部7,8を重ね合わせる工程の後としても良い。

実施例１の車両用消音器の平面図である。 実施例１の車両用消音器の内部を説明する断面図である。 実施例１の車両用消音器の製造方法を説明する図である。 実施例１の車両用消音器の製造方法を説明する図である。 図４のＳ５−Ｓ５線における実施例１の車両用消音器の製造方法を説明する図である。 実施例１の車両用消音器の製造方法を説明する図である。 実施例１の車両用消音器の製造方法を説明する図である。

符号の説明

Ｒ１、Ｒ２ 消音室
Ｓ１、Ｓ２ スポット溶接
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４ ブレージング溶接
１ マフラ本体
２ インレットパイプ
２ａ 一端部
２ｂ パンチング穴
２ｃ 他端部
３ アウトレットパイプ
３ａ 一端部
３ｂ 他端部
４ シェル
５、６ エンドプレート
７ 第１接合部
８ 第２接合部
９ バッフルプレート
１１、１２ コイル支持体
１３、１４ コイル分割体
１５ コイル
１６、１７ バックプレート
１８ 端部
１９ コンデンサ電源
２０ 放電ギャップスイッチ

Claims (3)

1. 筒状のシェルの開口端部に略器状のエンドプレートの開口端部が接合されたマフラ本体を有する車両用消音器であって、
   前記シェルの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第１接合部を形成し、
   前記エンドプレートの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部を形成し、
   前記シェルの第１接合部をエンドプレートの第２接合部に重ねて、該両接合部を電磁シーム溶接して接合したことを特徴とする車両用消音器。
2. 請求項１記載の車両用消音器の製造方法において、
   前記両接合部の屈折した突出長さを、第１接合部あるいは第２接合部の板厚Ｄ１×１．５〜２.０としたことを特徴とする車両用消音器。
   但し、第１接合部と第２接合部の板厚が異なる場合には、これら両者の板厚のうちのより大きい方を板厚Ｄ１とする。
3. 筒状のシェルの開口両端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第１接合部をそれぞれ形成する工程と、
   前記シェルの開口両端部にそれぞれ接合される略器状のエンドプレートの開口端部にマフラ本体の径方向外側へ屈折した第２接合部をそれぞれ形成する工程と、
   前記シェルの外周部を一対のコイル支持体で挟んで固定すると同時に、これら各コイル支持体に固定されたコイル分割体をそれぞれ対応する第１接合部の全周に亘って近接配置する工程と、
   前記各第１接合部に、それぞれ対応するエンドプレートの第２接合部をその全周に亘ってバックプレートにより押圧して重ね合わせる工程と、
   前記コイル分割体に瞬間大電流を流すことにより両接合部を電磁シーム溶接して接合する工程を備えることを特徴とする車両用消音器の製造方法。

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