JP2012184700A - 開口を有する部材の溶接構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化やコスト低減を図り、更に溶接の強度を高めるための、開口を有する部材の溶接構造を提供する。
【解決手段】開口を有するメイン部材１１と、開口を有する取付部材１２とを備え、取付部材１２の開口１４をメイン部材１１の開口１３に配置するようにメイン部材１１と取付部材１２を溶接する構造であって、
メイン部材１１は板金で加工され、
メイン部材１１の開口１３は、円弧の隅部１７を有する形状であり、且つメイン部材１１側から取付部材１２を溶接し得る溶接代１９を備えるように取付部材１２の開口１４より大きく形成され、更にメイン部材１１の隅部１７の少なくとも１つは、取付部材１２の隅部１５との間隔Ｂｃが辺部１８へ向かって徐々に広がるように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、開口を有する取付部材と、開口を有するメイン部材とを備え、取付部材の開口をメイン部材の開口に配置するようにメイン部材と取付部材を溶接する構造に関するものである。

一般にトラック等の車両には、図５、図６に示す如くエンジンからマフラへ排ガス等を流し得るようにエキゾーストパイプ１が備えられており、エキゾーストパイプ１には、排ガスに対して燃料を噴射し得るように燃料噴射装置（図示せず）がフランジ等の取付部材２を介して配置されている。

エキゾーストパイプ１は、径方向で分割されたような半割のメイン部材３ａ，３ｂを合わせることによって構成されており、半割のメイン部材３ａ，３ｂは夫々鋳物で形成されている。また半割の一方のメイン部材３ａには、エキゾーストパイプ１の中途位置に配置される開口４（図７参照）が形成されている。一方、燃料噴射装置の取付部材２は、板状に構成されていると共に、中央に、メイン部材３ａの開口４に対応する開口５が形成されている。

ここで取付部材２の開口５は、燃料噴射装置から噴射する燃料を所望の形状にするため、図７に示す如く４つの隅部６と４つの辺部７からなる四辺形で構成されており、メイン部材３ａの開口４は、取付部材２の開口４より一回り大きい形状になるように４つの隅部８と４つの辺部９からなる四辺形で構成されている。またメイン部材３ａの開口４と取付部材２の開口５との間に位置する部分は、メイン部材３ａ側からメイン部材３ａと取付部材２を溶接するための溶接代１０となっている。

フランジ等の取付部材２をエキゾーストパイプ１に溶接する際には、装置の配置や部材の形状等によってエキゾーストパイプ１の外周側から溶接することができないため、メイン部材３ａの内周側から取付部材２をメイン部材３ａに溶接している。

尚、開口を有する部材の溶接構造の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２００７−２１８２１１号公報

しかしながら、エキゾーストパイプ１に用いる半割のメイン部材３ａ，３ｂは、鋳物で形成されるため、肉厚が厚くなり、軽量化が困難であった。また鋳物で形成されたメイン部材３ａ，３ｂは、後加工が必要であるため、製造コストを容易に低減することができないという問題があった。

更にフランジ等の取付部材２の開口５は、四辺形で形成されていると共に、メイン部材３ａの開口４も取付部材２の開口５に対応するように四辺形で形成されているため、取付部材２をメイン部材３ａに溶接した場合にメイン部材３ａの開口４の隅部近傍に最大応力発生部Ｓを生じ、溶接の強度が低下するという問題があった。

本発明は、軽量化やコスト低減を図り、更に溶接の強度を高めるための、開口を有する部材の溶接構造を提供しようとするものである。

本発明は、開口を有するメイン部材と、開口を有する取付部材とを備え、取付部材の開口をメイン部材の開口に配置するようにメイン部材と取付部材を溶接する構造であって、
前記メイン部材は板金で加工され、
前記メイン部材の開口は、円弧の隅部を有する形状であり、且つメイン部材側から取付部材を溶接し得る溶接代を備えるように取付部材の開口より大きく形成され、更に前記メイン部材の隅部の少なくとも１つは、取付部材の隅部との間隔が辺部へ向かって徐々に広がるように形成されたことを特徴とする開口を有する部材の溶接構造、にかかるものである。

本発明において、前記メイン部材の開口は、隅部の半径中心を、取付部材の開口における隅部の半径中心から開口の内側にずらして配置することが好ましい。

本発明において、前記メイン部材の開口、及び前記取付部材の開口は、少なくとも３つの直線状の辺部を備える形状であることが好ましい。

本発明において、前記メイン部材は、半割のパイプで形成されると共に、前記取付部材は、板状のフランジで形成されることが好ましい。

本発明によれば、メイン部材を板金で加工するので、肉厚を薄くし、軽量化を図ることができる。また板金で加工することより、後加工を減らすことが可能になるので、製造コストを低減することができる。更にメイン部材の開口は、円弧の隅部を有する形状であり、且つ取付部材の開口より大きく形成され、またメイン部材の隅部の少なくとも１つは、取付部材の隅部との間隔が辺部へ向かって徐々に広がるように形成されるので、最大応力が開口の隅部近傍に集中することを抑制し、溶接の強度を高めることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の開口を有する部材の溶接構造を実施する形態例を示す概念図である。 本発明の開口を有する部材の溶接構造を実施する形態例であって円弧の中心位置をずらした状態を示す概念図である。 本発明の開口を有する部材の溶接構造を実施する形態の他例を示す概念図である。 円弧の半径を変化させた場合の応力の比率の変化を示すグラフである。 エキゾーストパイプ及びフランジを示す概念図である。 図５のＶＩ−ＶＩ方向の矢視図である。 エキゾーストパイプの半割のメイン部材とフランジの取付部材とを溶接した状態を示す概念図である。

以下本発明の実施の形態例を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図４は本発明を実施する形態例を示すものである。

図１〜図４に示す如く実施の形態例の開口を有する部材の溶接構造は、メイン部材１１と取付部材１２を溶接するものであり、以下の実施例では、メイン部材１１が、エキゾーストパイプ１（図５、図６参照）を構成するための半割の部材となっており、取付部材１２が、燃料噴射装置のフランジとなっている。

メイン部材１１は、径方向で分割されたような半割の形状になるように、板金を加工して形成されている。またメイン部材１１の一方には、エキゾーストパイプ１の中途位置に配置されるように開口１３が形成されている。一方、取付部材１２は、板状に構成されていると共に、中央に、メイン部材１１の開口１３に対応する開口１４が形成されている。ここでメイン部材１１の形状や構成は、エキゾーストパイプ１等のパイプに限定されるものでなく、板金で加工され且つ開口１３を有するものならば特に制限されるものではない。また取付部材１２の形状や構成は、フランジに限定されるものでなく、板状で形成され且つ開口１４を有するものならば特に制限されるものでない。

取付部材１２の開口１４は、４つの円弧の隅部１５を有するように４つの直線状の辺部１６からなる四辺形で構成されている。また４つの隅部１５の円弧は、夫々小さな半径Ｒｓ（図２参照）で形成されており、具体的には、円弧の半径Ｒｓを６ｍｍ以下（図１、図３では６ｍｍ）にしている。ここで取付部材１２の開口１４は、少なくとも３つの直線状の辺部１６を備え、且つ少なくとも１つの隅部１５を円弧にするものならば、形状は特に制限されるものでなく、三辺形、多辺形でも良い。

メイン部材１１の開口１３は、４つの円弧の隅部１７を有するように４つの直線状の辺部１８からなる四辺形であり、且つ取付部材１２の開口１４より大きく形成されている。またメイン部材１１の開口１３は、図２に示す如く隅部１７の円弧の半径Ｒａを、従来のメイン部材３ａ（図７参照）の開口４における隅部８の円弧の半径Ｒｓより大きく形成している（Ｒａ＞Ｒｓ）と共に、隅部１７の円弧の半径中心Ｃａを、隅部１５の円弧の半径中心Ｃｓや従来の隅部８の円弧の半径中心Ｃｓが開口１３の中央へ向かって移動するように開口１３の内側にずらして配置している。更に４つの円弧の隅部１７は、円弧の半径Ｒａを９ｍｍ以上、好ましくは９ｍｍ以上１８ｍｍ以下にしており、図１では円弧の半径Ｒｓを１２ｍｍにした場合をＲ１２で示し、図３では円弧の半径Ｒｓを１８ｍｍにした場合をＲ１８で示している。ここでメイン部材１１の開口１３は、取付部材１２より大きく形成されると共に、少なくとも３つの直線状の辺部１８を備え、且つ少なくとも１つの隅部１７を円弧にするものならば、形状は特に制限されるものでなく、三辺形、多辺形でも良い。

取付部材１２の開口１４とメイン部材１１の開口１３との間には、メイン部材１１側から取付部材１２を溶接し得る溶接代１９が備えられており、またメイン部材１１の隅部１７と取付部材１２の隅部１５との間隔Ｂｃは、メイン部材１１の開口１３により辺部１８へ沿って徐々に広がり、間隔Ｂ１になるように形成されている。

フランジの取付部材１２をエキゾーストパイプ１の半割のメイン部材１１に溶接する際には、半割のメイン部材１１の状態で取付部材１２の開口１４をメイン部材１１の開口１３に配置し、メイン部材１１の内周側からメイン部材１１の開口１３に沿って溶接する。

以下、メイン部材の隅部における円弧の半径を変化させた場合に応力がどのように変化するのか試験を行い、その結果を示す。

［実施例１］
試験は、燃料噴射装置におけるフランジ（取付部材）の開口を、エキゾーストパイプにおける半割の部材（メイン部材）の開口に配置して溶接し、溶接の際の応力を比較した。メイン部材の隅部における円弧の半径は、６ｍｍ、９ｍｍ、１２ｍｍ、１５ｍｍ、１８ｍｍの５つのパターンを準備して試験を行い、円弧の半径が６ｍｍの場合を比較の従来例（図７では半径Ｒ６で示す）とした。また応力は上下左右前後各１Ｇで計算し、前荷重の最大応力発生部Ｓ（図７参照）の値で評価した。

結果は、下記の表１、及び図４に示す如く従来例の円弧の半径（６ｍｍ）に比べ、円弧の半径が増加するに従って応力が低下していることが明らかであった。また円弧の半径が９ｍｍの場合には応力が１割以上低下し、円弧の半径が１８ｍｍの場合までは応力が大幅に低下した。また円弧の半径が１８ｍｍより大きくなる場合には、応力が低下する割合が抑制されることから大幅な応力の低下を得ることができないと予測された。

而して、このように実施の形態例によれば、メイン部材１１を板金で加工するので、肉厚を薄くし、軽量化を図ることができる。また板金で加工することより、後加工を減らすことが可能になるので、製造コストを低減することができる。更にメイン部材１１の開口１３は、円弧の隅部１７を有する形状であり、且つ取付部材１２の開口１４より大きく形成され、更にメイン部材１１の隅部１７の少なくとも１つは、取付部材１２の隅部１５の間隔Ｂｃが辺部へ向かって徐々に広がるように形成されるので、最大応力が開口１３の隅部１７近傍に集中することを抑制し、溶接の強度を高めることができる。

また実施の形態例において、メイン部材１１の開口１３は、隅部１７の半径中心Ｃａを、取付部材１２の開口１４における隅部１５の半径中心Ｃｓから開口１３の内側にずらして配置すると、最大応力が開口１３の隅部１７近傍に集中することを適切に抑制し、溶接の強度を一層高めることができる。

また実施の形態例において、メイン部材１１は、半割のパイプで形成されると共に、取付部材１２は、板状のフランジで形成されると、エキゾーストパイプ１に燃料噴射装置のフランジを配置する場合であっても、最大応力が開口１３の隅部１７近傍に集中することを抑制し、溶接の強度を高めることができる。

尚、本発明の開口を有する部材の溶接構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１１ メイン部材
１２ 取付部材
１３ 開口
１４ 開口
１５ 隅部
１６ 辺部
１７ 隅部
１８ 辺部
１９ 溶接代
Ｂ１ 間隔
Ｂｃ 間隔
Ｃａ 半径中心
Ｃｓ 半径中心
Ｒａ 半径
Ｒｓ 半径

Claims (4)

1. 開口を有するメイン部材と、開口を有する取付部材とを備え、取付部材の開口をメイン部材の開口に配置するようにメイン部材と取付部材を溶接する構造であって、
   前記メイン部材は板金で加工され、
   前記メイン部材の開口は、円弧の隅部を有する形状であり、且つメイン部材側から取付部材を溶接し得る溶接代を備えるように取付部材の開口より大きく形成され、更に前記メイン部材の隅部の少なくとも１つは、取付部材の隅部との間隔が辺部へ向かって徐々に広がるように形成されたことを特徴とする開口を有する部材の溶接構造。
2. 前記メイン部材の開口は、隅部の半径中心を、取付部材の開口における隅部の半径中心から開口の内側にずらして配置したことを特徴とする請求項１に記載の開口を有する部材の溶接構造。
3. 前記メイン部材の開口、及び前記取付部材の開口は、少なくとも３つの直線状の辺部を備える形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の開口を有する部材の溶接構造。
4. 前記メイン部材は、半割のパイプで形成されると共に、前記取付部材は、板状のフランジで形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の開口を有する部材の溶接構造。

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