JP2011012553A - 排気管製造方法及び排気管製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シーム溶接時におけるシーム溶接外面とシーム溶接内面との温度差を軽減させることができるエンジンの排気管製造方法及び排気管製造装置を提供する。
【解決手段】排気管製造装置70は、取付リングａの外周に当接させる外周ローラ電極71と、当該外周ローラ電極101を取付リングに押し付ける加圧手段102と、排気管を構成するパイプｂの内周に当接させる内周ローラ電極103と、外周ローラ電極101および内周ローラ電極103に所定の電圧を供給する電圧供給手段であるトランス104と当該トランス104の電圧をコントロールするコントローラ105とを備える。外周ローラ電極71は、板厚がT1、内周ローラ電極103の板厚T2に比べ、厚く形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、排気管製造方法及び排気管製造装置に関し、特にシーム溶接により排気管に取付リングを固定する装置に好適なものである。

車両としての例えば自動二輪車に用いられる排気管は、パイプの一端に取付リングを固定し他端から取付フランジを挿入して形成しエキゾーストパイプを複数、例えば４本備える。エキゾーストパイプは、一端がエンジンに連通した状態で取付けられると共に、他端側で例えば１本に集合してマフラに連通される。

前記パイプの一端に取付リングを固定する方法として、例えばＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接による方法が採られている。ところが、これらＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接により、取付リングをパイプの一端に固定した場合、図7に示すように、溶接ビードＢが排気管の内周面に盛り上がるので、排気管を通じて排出されるエンジン排気の抵抗となる。エンジン排気の抵抗は、排気効率の低下を招き、ひいてはエンジンの馬力を低下させるという問題がある。

このような問題に対し、シーム溶接によりパイプの一端に取付リングを固定する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されているシーム溶接装置100は、図8に示すように、取付リングａの外周に当接させる外周ローラ電極101と、当該外周ローラ電極101を取付リングに押し付ける加圧手段102と、排気管を構成するパイプｂの内周に当接させる内周ローラ電極103と、外周ローラ電極101および内周ローラ電極103に所定の電圧を供給する電圧供給手段であるトランス104と当該トランス104の電圧をコントロールするコントローラ105とを備える。外周ローラ電極101と内周ローラ電極103とは、所定の軸管距離Ｄを開けた状態で共に回動自在に設けられている。

まず、パイプｂは、一端側の外側に取付リングａを挿入し、この状態で外周ローラ電極101と内周ローラ電極103との間に配置される。ついで、加圧手段102が外周ローラ電極101を取付リングａ側に押し付け、この状態で、電圧供給手段が外周ローラ電極101および内周ローラ電極103に電圧を供給する。同時に、外周ローラ電極101および内周ローラ電極103が協働して回動することにより、全周にわたってシーム溶接する。このようにして、パイプｂの一端に取付リングａが固定される。

本図におけるシーム溶接装置100では、内周ローラ電極103の直径を外周ローラ電極101の直径に対し小さくすることで、外周ローラ電極101と内周ローラ電極103との軸管距離Ｄを一定としながら、小径のパイプｂに対し取付リングａをシーム溶接により固定し得るように構成されている。

特開２０００−９７０２２号公報

しかしながら、上記特許文献１による溶接を行ってみると、シーム溶接後の溶接表面を観察したところ、エキゾーストパイプの外表面（シーム溶接外面）W1は、エキゾーストパイプの内表面（シーム溶接内面）W2より大きく溶融しており、シーム溶接外面W1とシーム溶接内面W2との間の溶接温度に差が生じていることが認められる（図9）。この溶接温度の差により、シーム溶接によって発生するナゲットやコロナボンドの位置が、パイプと取付リングとの境界から取付リング側にずれてしまい、さらに、取付リングの板厚が厚いことにより、溶着しているコロナボンドが取付リング側に形成されてしまうので、十分な溶接強度を得ることができない、という問題がある。

ここで、ナゲットとは、抵抗溶接における溶融凝固した溶接部をいう。また、コロナボンドとは、抵抗溶接において、ナゲットの周辺に生じる固相溶接されてリング状の部分のことをいう。

上記溶接温度の差は、取付リングａと外周ローラ電極101との接触面積の方が、パイプｂと内周ローラ電極103との接触面積より小さいことに起因すると考えられる（図10）。すなわち、取付リングａと外周ローラ電極101との間では、単位面積当たりに流れる電流量が、パイプｂと内周ローラ電極103との間より大きいため、抵抗発熱量も大きくなるので、シーム溶接外面においてより大きく溶融しているものと考えられる。

したがって、取付リングａとパイプｂとの境界にコロナボンドを作るには、外周ローラ電極101および内周ローラ電極103に供給する電圧を上げ、すなわち、電流値を上げて溶接温度を高める必要がある。そうすると、板厚が厚い取付リングを用いることは、効率の観点から好ましくなく、また、表面が溶融しやすい材料の場合、電極のメンテナンスが必要になるので、好ましくない。

そこで、本発明は、シーム溶接時におけるシーム溶接外面とシーム溶接内面との温度差を軽減させることができるエンジンの排気管製造方法及び排気管製造装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、パイプの一端の外側に挿入された取付リングの外周に外周ローラ電極を当接させる工程と、前記パイプの内周に内周ローラ電極を当接させる工程と、前記外周ローラ電極および前記内周ローラ電極に電圧を供給する工程とを備え、前記外周ローラ電極と前記内周ローラ電極とを回動させながらシーム溶接することにより、前記パイプの一端に前記取付リングを固定したエキゾーストパイプを有する排気管を製造する排気管製造方法において、前記外周ローラ電極は、板厚が、前記内周ローラ電極の板厚に比べ厚く形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る発明は、パイプの一端の外側に挿入された取付リングの外周に当接させる外周ローラ電極と、前記パイプの内周に当接させる内周ローラ電極と、前記外周ローラ電極および前記内周ローラ電極に電圧を供給する電圧供給手段とを備え、前記外周ローラ電極と前記内周ローラ電極とを回動させながらシーム溶接することにより、前記パイプの一端に前記取付リングを固定したエキゾーストパイプを有する排気管を製造する排気管製造装置において、前記外周ローラ電極は、板厚が、前記内周ローラ電極の板厚に比べ厚く形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１及び２によれば、外周ローラ電極の板厚を内周ローラ電極の板厚に比べ厚く形成したことにより、外周ローラ電極と取付リングとの間で単位面積当たりに流れる電流量を、内周ローラ電極とパイプとの間で単位面積当たりに流れる電流量と同等とすることができるので、取付リングの外周とパイプの内周との温度差を軽減させることができる。

本発明に係る排気管製造装置により製造された排気管を備えた自動二輪車の全体側面図である。 本発明に係る排気管製造装置により製造された排気管の構成を示す平面図である。 本発明に係る排気管製造装置により製造された排気管とエンジンとの取付構造を示す縦断面図である。 本発明に係る排気管製造装置の構成を示す原理図である。 本発明に係る排気管製造装置で製造した溶接部分を撮影した写真（１）であり、（Ａ）シーム溶接外面、（Ｂ）シーム溶接内面、（Ｃ）縦断面を示す図である。 本発明に係る排気管製造装置で製造した溶接部分を撮影した写真（２）であり、（Ａ）シーム溶接外面、（Ｂ）縦断面を示す図である。 ＭＩＧ溶接により製造した排気管の溶接部分を撮影した写真であり縦断面図である。 従来例に係る排気管製造装置の全体構成を示す原理図である。 従来例に係る排気管製造装置で製造した溶接部分を撮影した写真（１）であり、（Ａ）シーム溶接外面、（Ｂ）シーム溶接内面、（Ｃ）縦断面を示す図である。 排気管製造装置における外周ローラ電極と、内周ローラ電極と、取付リングと、パイプとの位置関係を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（１）自動二輪車の基本構成
まず、本発明に係る排気管を備えた自動二輪車の構成について説明する。図1に示すように、自動二輪車１は左右一対のパイプフレームからなるフレームボディ２を備える。フレームボディ２の前部に接合されたヘッドパイプ３によって、図示しないステアリングステムが回転自在に支持される。ステアリングステムの上下部分は、フロントフォーク４のトップブリッジ５とボトムブリッジ６とにそれぞれ連結される。フロントフォーク４は下方に延長され、下端近傍に設けられた前輪軸７によって前車輪８を支持している。

トップブリッジ５には、ハンドルパイプ９が連結される。ハンドルパイプ９にはグリップ10およびミラー11が取り付けられている。フロントフォーク４には、ブラケット12が接合され、このブラケット12には、前照灯13、前部方向指示灯14、およびメータ15が取り付けられている。ボトムブリッジ６には、ホーン16が取り付けられている。

フレームボディ２には、エンジン17が搭載され、エンジン17の下方には変速機18が、前方にはラジエータ19が設けられている。フレームボディ２のほぼ中央部に設けられた軸20によってスイングアーム21が揺動自在に支持される。スイングアーム21の端部には後輪軸22によって後車輪23が回転自在に支持されている。変速機18の出力軸（図示せず）と後輪軸22との間には駆動チェーン24が掛けられている。フレームボディ２の後部には、リアサスペンション25の上端部が連結され、リアサスペンション25の下端部はスイングアーム21の後端部に連結されている。エンジン17の前部に一端が連通された排気管26は車体後方に延長され、他端においてマフラ27に連通されている。

フレームボディ２の上部には、燃料タンクが設けられ、燃料タンク28の後方には、乗員用のシート29が設けられている。フレームボディ２の最後部には、泥よけ30並びにテール／ブレーキライト31および後部方向指示灯32が設けられる。

スイングアーム21の軸の後方には、ブラケット33が接合されており、このブラケット33には、車体幅方向外側に張り出したステップ（乗員の足置き）34が取り付けられている。フレームボディ２の下部には、メインスタンド35およびサイドスタンド36が取り付けられている。

排気管26は、図2に示すように、パイプ40の一端に取付リング41を固定し他端から取付フランジ42を挿入して形成したエキゾーストパイプ43を複数、本図では４本備える。各エキゾーストパイプ43は、一端43aがエンジン17に連通した状態で固定されると共に、他端43bが集合部44の一端44aに連通される。集合部44の他端44bは、後方へ延長され、例えば１本に集合してマフラ27に連通される。

上記のように構成された排気管26のエンジン17への取付構造について図3を参照して説明する。エンジン17は、シリンダヘッド50とシリンダ51とを備える。シリンダヘッド50には吸気ポート52と排気ポート53とが設けられており、エンジン吸気系54とエンジン排気系55がそれぞれ接続されている。エンジン吸気系54は、吸気ポート52から吸気バルブ56を通じてシリンダ51内に混合気を供給し得るように構成されている。

排気管26は、排気バルブ57を通じて排気ガスを排出し得るように排気ポート53にエキゾーストパイプ43が接続されている。以下、排気ポート53に排気管26を取付る取付構造について説明する。まず、排気ポート53にガスケット58を装填する。次いで、エキゾーストパイプ43の一端43aを排気ポート53に挿入し、取付フランジ42をシリンダヘッド50に設けられた埋め込みネジ59に挿入する。次いで、当該埋め込みネジ59に袋ナット60を締め込む。同様の作業を各エキゾーストパイプ43に対して行うことにより、排気管26をエンジン17に取付けることができる。

（２）排気管製造装置
次に、本実施形態に係る排気管製造装置70について図4を参照して説明する。尚、本図に示す排気管製造装置70は、図8に示すシーム溶接装置100に対し、外周ローラ電極の構成のみが異なる。したがって、図8に示す溶接装置と同様の構成については同様の符号を付し、簡単のため説明を省略する。

排気管製造装置70は、取付リング41の外周に当接させる外周ローラ電極71と、当該外周ローラ電極71を取付リング41に押し付ける加圧手段102（本図では図示しない）と、排気管26を構成するパイプ40の内周に当接させる内周ローラ電極103と、外周ローラ電極71および内周ローラ電極103に所定の電圧を供給する電圧供給手段であるトランス104（本図では図示しない）と当該トランスの電圧をコントロールするコントローラ105（本図では図示しない）とを備える。

外周ローラ電極71は、取付リング41との接触面積を、内周ローラ電極103とパイプ40との接触面積と、同等とし得るように構成されている。本実施形態の場合、外周ローラ電極71は、板厚がT1、内周ローラ電極103の板厚T2に比べ、厚く形成されている。外周ローラ電極71の板厚T1は、内周ローラ電極103の板厚T2とのバランスにより選択することができるが、例えば、後述する条件においては、内周ローラ電極103の板厚T2に対し、１．１〜２．０倍程度の範囲で厚さを選択することができる。外周ローラ電極71の板厚T1が内周ローラ電極103の板厚T2の２．０倍を超えると、逆にパイプ40内表面が過熱されるおそれがあるので、好ましくない。

次に、上記排気管製造装置70を用いてエキゾーストパイプ43を製造する手順について説明する。まず、パイプ40の一端40aの外側に取付リング41を挿入する。次いで、取付リング41を外周ローラ電極71に当接させ、パイプ40の内周面を内周ローラ電極103に当接させ、取付リング41およびパイプ40を排気管製造装置70に装着する。

次いで、外周ローラ電極71および内周ローラ電極103を駆動する。この場合、外周ローラ電極71および内周ローラ電極103は、同一周速度で図中矢印方向へ回転するように設定される。これにより、パイプ40の一端に取付リング41をシーム溶接し、パイプ40の他端から取付フランジ42を挿入することにより、エキゾーストパイプ43を得る（図2）。

このように構成された排気管製造装置70によって製造したエキゾーストパイプ43の一端の外観を撮影した写真を図5に示す。排気管製造装置70は、外周ローラ電極71が直径３００ｍｍ、板厚１２ｍｍ、内周ローラ電極103が直径３０ｍｍ、板厚８ｍｍとした。また、パイプ40は、外径３８．１ｍｍ、肉厚１．０ｍｍ、取付リング41は、外径４４ｍｍ、肉厚３．０ｍｍを用いた。溶接条件は、電流：８０００Ａ、ローラ電極の周速度：３５０ｍｍ／ｍｉｎ、加圧圧力：３５０ｋｇ／ｃｍ^２とした。

本図から明らかなように、製造したエキゾーストパイプ43は、シーム溶接外面W1およびシーム溶接内面W2の両面において、表面が同様に加熱されていることが確認できた。このことから、排気管製造装置70は、シーム溶接外面W1とシーム溶接内面W2との温度差を軽減することができたといえる。

排気管製造装置70では、外周ローラ電極71の板厚T1を内周ローラ電極103の板厚T2に比べ厚く形成したことにより、外周ローラ電極71と取付リング41との接触面積を、内周ローラ電極103とパイプ40との接触面積と、同等とし得るように構成した。これにより、外周ローラ電極71と取付リング41との間で単位面積当たりに流れる電流量を、内周ローラ電極103とパイプ40との間で単位面積当たりに流れる電流量と同等とすることができる。したがって、排気管製造装置70では、シーム溶接外面W1とシーム溶接内面W2との温度差を軽減させることができる。

また、図6は、取付リング41の外側にさらに別のリングを挿入し、3枚の板を排気管製造装置70によってシーム溶接したものの外観写真である。本図から明らかなように、排気管製造装置70でシーム溶接を行うことにより、溶接部分を構成する肉厚が厚くなっても、シーム溶接外面W1およびシーム溶接内面W2の両面において、表面が同様に加熱されていることが確認できた。

上記したように、排気管製造装置70では、肉厚の異なるパイプ40と取付リング41とをシーム溶接する場合、ナゲットの位置をパイプ40と取付リング41との境界近傍に調整することができる。これにより、シーム溶接時にナゲットが外に飛び出すことを防ぎ、チリの発生を抑制できるので、排気管26の品質を向上することができる。

また、外周ローラ電極71および内周ローラ電極103に印加する電圧を小さくできるので、パイプ40および取付リング41の表面の温度を従来に比べ低温のまま溶接することができる。したがって、排気管製造装置70では、排気管26の外観の品質を向上することができる。

また、排気管製造装置70では、外周ローラ電極71と内周ローラ電極103との間でバランスよく溶接することができるので、従来に比べ、印加する電圧を削減できると共に、加圧手段102により外周ローラ電極71を取付リング41に押し付ける加圧力を小さくすることができる。そうすると、排気管製造装置70は、従来に比べ、外周ローラ電極71および内周ローラ電極103の磨耗を抑制できると共に、ドレシングの頻度を少なくできるので、寿命を長期化することができ、ひいてはコストの削減を実現することができる。なお、ドレシングとは、電極（母材に直接接触して溶接電流を通じるとともに加圧力を伝える作用をする電極）の表面や先端の機械的な整形加工を行なうことをいう。

（３）変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では、４本のエキゾーストパイプ43を１本のマフラ27に接続する排気管26の製造について説明したが、本発明はこれに限られず、エキゾーストパイプ43とマフラ27の本数を適宜変更した種々の排気管26に適用することができる。

また、上記実施形態では、自動二輪車１に設けられるエンジン17の排気管26について説明したが、本発明はこれに限らず、自動三輪車のエンジンの排気管にも適用することができる。

１ 自動二輪車
26 排気管
40 パイプ
40a 一端
41 取付リング
42 取付フランジ
43 エキゾーストパイプ
70 排気管製造装置
71 外周ローラ電極
100 シーム溶接装置
102 加圧手段
103 内周ローラ電極
104 トランス
T1 板厚
T2 板厚

Claims (2)

1. パイプの一端の外側に挿入された取付リングの外周に外周ローラ電極を当接させる工程と、
   前記パイプの内周に内周ローラ電極を当接させる工程と、
   前記外周ローラ電極および前記内周ローラ電極に電圧を供給する工程と
   を備え、
   前記外周ローラ電極と前記内周ローラ電極とを回動させながらシーム溶接することにより、前記パイプの一端に前記取付リングを固定したエキゾーストパイプを有する排気管を製造する排気管製造方法において、
   前記外周ローラ電極は、板厚が、前記内周ローラ電極の板厚に比べ厚く形成されていることを特徴とする排気管製造方法。
2. パイプの一端の外側に挿入された取付リングの外周に当接させる外周ローラ電極と、
   前記パイプの内周に当接させる内周ローラ電極と、
   前記外周ローラ電極および前記内周ローラ電極に電圧を供給する電圧供給手段と
   を備え、
   前記外周ローラ電極と前記内周ローラ電極とを回動させながらシーム溶接することにより、前記パイプの一端に前記取付リングを固定したエキゾーストパイプを有する排気管を製造する排気管製造装置において、
   前記外周ローラ電極は、板厚が、前記内周ローラ電極の板厚に比べ厚く形成されていることを特徴とする排気管製造装置。