JP2015190386A - エンジン用吸排気系配管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接を行うことなくフランジとパイプとを接合させたエンジン用吸排気系配管、及び、その製造方法を提供する。【解決手段】本発明のエンジン用吸排気系配管１は、パイプ２の一端部２ｂをフランジ３の挿入口３ｂに貫通挿入してフランジ３の端面３ａから突出させた後、パイプ２の一端部２ｂをパイプ２の径方向外側に向けて折り曲げることでフランジ３の端面３ａと接触する環状の係止部４を備えている。さらに、本発明のエンジン用吸排気系配管１は、フランジ３の挿入口３ｂ内に配置されたパイプ２をパイプ２の内側から外側に向けて拡径方向に押圧することで、パイプ２の外周面をフランジ３の挿入口内周面に圧接又は圧着させたカシメ部５を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、ＥＧＲ配管などのエンジン用吸排気系配管、及び、その製造方法に関する。本発明は、特に、溶接を用いることなくパイプとフランジとを接合させたエンジン用吸排気系配管、及び、その製造方法に関する。

従来、エンジン用の吸排気系配管の一例として、例えば、排気ガスの一部を排気系から取り出した後、吸気系へ再循環させる排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と記載する）装置に使用されるＥＧＲ配管が広く知られている。ＥＧＲ配管は、排気ガスの一部を排気系から吸気系へ戻し自動車の環境性能を上げるための配管部品である。

このようなＥＧＲ配管としては、例えば特許文献１に開示されているＥＧＲ配管が知られている。特許文献１のＥＧＲ配管は、吸気系側フランジ部１００ａ、吸気系側鍔部１００ｂ、吸気系側第１管部１１０、及び吸気系側第２管部１２０を有しており、吸気系側鍔部１００ｂと吸気系側フランジ部１００ａとは、溶接によって形成されるビード部２０ｂを介して接続されている。また、排気系側フランジ部２００も、排気系側第１管部２１０に、溶接によって形成されるビード部２０ｃを介して接続されている（特許文献１の段落［００３７］及び段落［００４１］、並びに図３及び図５など）。

特開２０１１−２３１７２９号公報

しかし、パイプとフランジとを溶接によって接合したエンジン用吸排気系配管には、例えば以下のような問題がある。

パイプにフランジを溶接する際に、溶接熱によってパイプの溶接部周辺が酸化し、パイプ表面が酸化物（酸化スケール）で被覆される。そして、パイプ表面に形成された酸化スケール量が閾値を超えると、パイプの耐食性が低下し、パイプが腐食される（凝縮水に起因した赤錆の発生）という問題がある。特に、パイプ内側において、パイプ内側溶接部で発生した赤錆がパイプ内側流路部に転移し、パイプ内側流路部も腐食されてしまうという問題がある。

一方で、パイプ内側での酸化スケールの発生を防止するため、溶接時に、パイプ内側にアルゴンガスなどのシールドガスを流しながら溶接を行う方法では、作業性が悪くなると共に、コストがかかるという問題がある。

このように、パイプとフランジとを溶接によって接合するという従来の方法では、溶接熱による製品品質の低下や、溶接工程における作業性悪化及び高コスト化といった、種々の問題があった。

本発明の目的は、溶接を行うことなくパイプとフランジとを接合させたエンジン用吸排気系配管、及び、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明のエンジン用吸排気系配管は、
少なくとも一つの端部を有するパイプと、
前記パイプを挿入するための挿入口、及び、他配管との接続用の端面を有するフランジと、
を備えてなるエンジン用吸排気系配管であって、
前記パイプのフランジ側の端部は、
前記パイプの一端部を前記フランジの挿入口に貫通挿入して前記フランジの端面から突出させた後、当該パイプの一端部をパイプの径方向外側に向けて折り曲げることで前記フランジの端面と接触させてなる環状の係止部と、
前記フランジの挿入口内に配置された前記パイプを前記パイプの内側から外側に向けて拡径方向に押圧することで、前記パイプの外周面を前記フランジの挿入口内周面に圧接又は圧着させたカシメ部と、を備えている。

本発明のエンジン用吸排気系配管の製造方法は、以下の工程（１）〜工程（５）を含んでいる。即ち、当該製造方法は、
（１）円筒形のパイプ、及び、前記パイプを挿入するための挿入口を有するフランジ、を準備する工程、
（２）前記フランジの挿入口に前記パイプを貫通挿入し、前記パイプの一端部を所定長さ前記フランジから突出させた状態で前記パイプを位置決めする工程、
（３）前記フランジから突出させた前記パイプの一端部を、前記パイプの端部に向かうにつれて径が次第に広がるフレア状に変形加工する工程、
（４）フレア状に加工した前記パイプの一端部を、前記フランジの端面に接近する方向に押圧することによって、前記フランジと接触する環状の平押し部を形成する工程、並びに、
（５）前記パイプを、前記パイプの内側から外側に向けて拡径方向に押圧することで、前記パイプの外周面を前記フランジの挿入口内周面に接触させて、前記パイプを前記フランジに圧接又は圧着させるカシメ工程、
を含んでいる。

上記特徴によれば、パイプとフランジとを溶接を用いることなく接合したエンジン用吸排気系配管及びその製造方法を提供することができる。本発明のエンジン用吸排気系配管では、パイプとフランジとの接合に溶接を用いていないため、溶接熱によってパイプが酸化されず、パイプに酸化スケールが形成されることもない。そのため、酸化スケールの発生に起因して起こるパイプの腐食も発生することがない。また、溶接を用いないことによって、フランジも酸化することがなくなるため、従来のようにフランジに耐食性の高いステンレスを用いる必要がなくなり、ステンレスの代わりに加工しやすい一般熱間圧延鋼板（ＳＰＨ）を使用することができる。その結果、フランジの形状の自由度が広がる。さらに、溶接熱によるフランジのひずみも発生することがなくなるため、フランジの板厚を薄くすることができる。

また、本発明では、パイプの一端部を折り曲げることによって環状の係止部又は平押し部が形成される。この係止部又は平押し部は、フランジの他配管との接続用端面を覆うようにしてそのフランジ端面と接触している。このような構造により、フランジ端面にキズ等があったとしても、折り曲げ形成された係止部又は平押し部によってそのキズ等を覆い隠すことができるため、フランジ端面のキズ等を取り除く加工等を施す必要がなくなる。その結果、製造工程を短縮化することができると共に、製造コストを低下させることができる。

本発明の製造方法において、工程（４）と工程（５）とは同時に行われることが好ましい。

上記特徴によれば、工程（４）と工程（５）とを同時に行うことで、製造工程を短縮化することができると共に、製造コストを低下させることができる。

本発明によれば、溶接を行うことなくパイプとフランジとを接合させたエンジン用吸排気系配管及びその製造方法を提供することができる。本発明の溶接レスのエンジン用吸排気系配管は、溶接熱による熱影響部が存在しないため、熱影響部の劣化による配管の損傷といった問題も発生せず、信頼性の高いエンジン用吸排気系配管を提供することができる。また、製造過程において、シールドガスを使用する必要もないため、製造コストも抑えることができる。

本発明のエンジン用吸排気系配管の斜視図である。 （ａ）は本発明のエンジン用吸排気系配管の平面図、（ｂ）は本発明のエンジン用吸排気系配管の正面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明のエンジン用吸排気系配管の一連の製造工程を表す図である。 （ａ）は実施例におけるエンジン用吸排気系配管のフランジ端面を表し、（ｂ）は比較例におけるエンジン用吸排気系配管のフランジ端面を表す。

本発明のエンジン用吸排気系配管を、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、「カシメ」とは、フランジの挿入口内にパイプの一部を配置した状態で、パイプの一部をその内側から外側に向けて拡径的に押し広げることで、パイプの外周面をフランジの挿入口の内周面に圧接又は圧着することにより、パイプとフランジとの間の強い摩擦力に基づいて、パイプとフランジとを相互に固定する加工手法をいう。

図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明のエンジン用吸排気系配管１は、円筒形のパイプ２と、フランジ３とから構成されている。パイプ２は、鋼等の塑性変形可能な金属によって構成されている。図１及び図３（ａ）に示すように、フランジ３は、他配管との接続用の端面３ａ、パイプ２を挿入するための挿入口３ｂ、及び、他配管との接続用のボルト穴３ｃを有している。

図２（ｃ）に示すように、パイプ２は、フランジ３の挿入口３ｂ内に配置されている。そして、パイプ２のフランジ３側の端部２ａは、フランジ３の端面３ａと接触する円環状の係止部４と、フランジ３の挿入口３ｂ内に配置されたパイプ２とフランジ３との圧接又は圧着により形成されるカシメ部５とを備えている。

係止部４は、パイプ２をフランジ３の挿入口３ｂに貫通挿入して、フランジ３の端面３ａからパイプ２の一端部２ｂを突出させた後、その一端部２ｂをパイプ２の径方向外側に向けて折り曲げることで形成されている。係止部４は、フランジ３がパイプ２の端部２ａから抜けてしまうことを防止するための抜け止めの機能を有している。

また、カシメ部５は、フランジ３の挿入口３ｂ内に配置されたパイプ２を、パイプ２の内側から外側に向けて拡径方向に押圧することで、パイプ２の外周面とフランジ３の挿入口３ｂの内周面とを圧接又は圧着することで形成されている。カシメ部５は、フランジ３が、パイプ２の端部２ａから抜けてしまうことを防止するための抜け止めの機能、及び、パイプ２とフランジ３との位置ずれを防止する機能を有している。

なお、係止部４及びカシメ部５の形成方法は、後述するエンジン用吸排気系配管の製造方法において詳しく説明する。

［エンジン用吸排気系配管の製造方法について］
図３（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、本発明のエンジン用吸排気系配管１の製造方法について説明する。

円筒形のパイプ２、及び、フランジ３を準備する。上記の通り、フランジ３は、他配管との接続用の端面３ａ、パイプ２を挿入するための挿入口３ｂ、及び、他配管との接続用のボルト穴３ｃを有している（図３（ａ）参照）。

フランジ３の挿入口３ｂにパイプ２を貫通挿入し、パイプ２の一端部２ｂを所定長さフランジ３の端面３ａから突出させる。そして、その状態でパイプ２を固定具６によって固定し、パイプ２の位置決めを行う（図３（ｂ）参照）。

金型７を準備する。金型７は、略平坦でかつ略円形の下端部７ａと、下端部７ａから上方へ向けて次第に拡径する逆円錐台形状の傾斜面を有する傾斜部７ｂと、を有している。金型７の下端部７ａの直径ｄ１は、パイプ２の内径ｄよりも小さく構成されている。一方、傾斜部７ｂの傾斜面は上方へ向けて次第に拡径していくため、傾斜部７ｂの水平方向断面の直径ｄ２はパイプ２の内径ｄよりも大きくなるよう構成されている。傾斜部７ｂの傾斜角度αは、好ましくは４５°程度である（図３（ｂ）参照）

金型７は、金型７を上昇及び下降させるための駆動装置（図示しない）に取り付けられる。このとき、金型７は、パイプ２の中心軸と金型７の中心軸とがほぼ一致するように駆動装置に取り付けられる。

金型７を下降させ、金型７をパイプ２内に圧入する。金型７がパイプ２内に圧入されるにつれて、パイプ２の一端部２ｂは金型７の傾斜部７ｂの形状に合わせて押し広げられる。そして、パイプ２の一端部２ｂは、パイプ２の端部２ａに向かうにつれて径が次第に広がるフレア状（漏斗状）に変形加工される。パイプ２の一端部２ｂをフレア状に変形加工した後、金型７を上昇させ、金型７をパイプ２から離脱させる（図３（ｃ）及び（ｄ）参照）。

金型７とは別の金型８を準備する。金型８も、金型７と同様に、パイプ２の中心軸と金型８の中心軸とがほぼ一致するように駆動装置に取り付けられる。金型８は、略平坦でかつ略円形の下端部８ａと、下端部８ａから上方に向けて次第に拡径する逆円錐台形状の傾斜部８ｂと、傾斜部８ｂから鉛直上方に向けて延びる略円柱状の円柱部８ｃと、円柱部８ｃから略水平方向に広がる略平坦な円環状の平坦部８ｄと、を有している。下端部８ａの直径ｄ３は、パイプ２の内径ｄよりも小さく構成されており、一方、円柱部８ｃの直径ｄ４は、パイプ２の内径ｄよりも若干大きく構成されている（図３（ｄ）参照）。

金型８を下降させ、金型８の下半部をパイプ２内に圧入する。フレア状に加工されたパイプ２の一端部２ｂは、金型８の平坦部８ｄによってフランジ３の端面３ａに接近する方向へ押圧されて折り曲げられる。金型８は、フレア状に加工されたパイプ２の一端部２ｂが、フランジ３の端面３ａに面接触するまで圧入される。こうして、フレア状に加工されたパイプ２の一端部２ｂは、フランジ３の端面３ａと接触する円環状の平押し部９に加工される。この平押し部９は、上記で説明した係止部４に相当する部分である。

また、上記の通り、金型８の円柱部８ｃの直径ｄ３はパイプ２の内径ｄよりも若干大きく構成されている。そのため、パイプ２がフランジ３の挿入口３ｂ内に配置された状態で、金型８の円柱部８ｃをパイプ２内に圧入すると、パイプ２が内側から径方向外側に向けて拡径的に押圧されることによって、パイプ２の外周面はフランジ３の挿入口３ａ内周面と接触し、パイプ２はフランジ３に圧接又は圧着されてカシメられる。こうして、パイプ２の外周面とフランジ３の挿入口３ａ内周面との間に、カシメ部５が形成される（図３（ｅ）及び（ｆ））。平押し加工及びカシメ加工の完了後に、金型８を上昇させ、金型８をパイプ２から離脱させる（図３（ｅ）及び（ｆ））。

本実施形態では、パイプ２とフランジ３とが相互にカシメ部５によって強固に固定されているため、フランジ３の端面３ａに他配管を接続する際にも、フランジ３がパイプ２に対して回転してしまうといった、パイプ２とフランジ３との位置ずれが起こることがない。さらに、パイプ２の端部２ａは、係止部４（平押し部９）及びカシメ部５を備えているため、フランジ３がパイプ２から抜けてしまうことがない。

本発明の製造工程にしたがって作製されたエンジン用吸排気系配管１における係止部４（平押し部９）の平面度と、従来のように溶接によってパイプをフランジに接合したエンジン用吸排気系配管のフランジ端面の平面度と、を比較する実験を行った。平面度の測定には、三次元測定機（株式会社東京精密製ＳＶＡ８００Ａ）を用いた。

［実施例］
実施例として、図４（ａ）に示す、本発明の製造工程にしたがって作製されたエンジン用排気系配管１における円環状の係止部４（平押し部９）の平面度を測定した。平面度は、パイプ２中心Ｏを原点とした場合に、係止部４のφ３７ｍｍ円周上、φ４３ｍｍ円周上及びφ４９ｍｍ円周上において、周方向に等間隔に各８点（合計２４点）（測定点は、図４（ａ）において黒丸で表示）測定した。なお、図４（ａ）において示される３つの２点鎖線のうち、最も内側（最もパイプ２中心Ｏ寄り）の２点鎖線がφ３７ｍｍの位置を表し、真ん中の２点鎖線がφ４３ｍｍの位置を表し、最も外側の２点鎖線がφ４９ｍｍの位置を表している。得られた２４点の測定データのうち、最大値と最小値との差を実施例における平面度と定義した。

［比較例］
比較例として、図４（ｂ）に示す、溶接によってパイプをフランジに接合したエンジン用排気系配管のフランジ端面の平面度を測定した。パイプ中心Ｏ’を原点とし、φ４３ｍｍ円周上（図４（ｂ）において二点鎖線で表示）において、周方向に等間隔に８点（測定点は、図４（ｂ）において黒丸で表示）測定した。そして、得られた８点の測定データのうち、最大値と最小値との差を比較例における平面度と定義した。

［実験結果］
実験の結果、実施例の平面度は０．１６８であった。一方、比較例の平面度は０．１６０であった。このように、実施例の平面度と比較例の平面度とは、ほぼ同じ値であり、実施例の係止部４は比較例のフランジ端面と同等の平面精度を有しているといえる。

［その他の実施形態］
上記実施形態のエンジン用吸排気系配管１では、フランジ３の端面３ａから係止部４（平押し部９）が突出した形となっているが、フランジ３の端面３ａと係止部４（平押し部９）の上面とが面一となるように構成してもよい。この場合、フランジ３に係止部４（平押し部９）を収納する凹部を形成してもよい。

本発明は上記実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ エンジン用吸排気系配管
２ パイプ
２ａ 端部
２ｂ 一端部
３ フランジ
３ａ 端面
３ｂ 挿入口
４ 係止部
５ カシメ部
９ 平押し部

Claims (3)

1. 少なくとも一つの端部を有するパイプと、
   前記パイプを挿入するための挿入口、及び、他配管との接続用の端面を有するフランジと、
   を備えてなるエンジン用吸排気系配管であって、
   前記パイプのフランジ側の端部は、
   前記パイプの一端部を前記フランジの挿入口に貫通挿入して前記フランジの端面から突出させた後、当該パイプの一端部をパイプの径方向外側に向けて折り曲げることで前記フランジの端面と接触させてなる環状の係止部と、
   前記フランジの挿入口内に配置された前記パイプを前記パイプの内側から外側に向けて拡径方向に押圧することで、前記パイプの外周面を前記フランジの挿入口内周面に圧接又は圧着させたカシメ部と、
   を備えていることを特徴とする、エンジン用吸排気系配管。
2. エンジン用吸排気系配管を製造するための方法であって、以下の工程（１）〜工程（５）、即ち、
   （１）円筒形のパイプ、及び、前記パイプを挿入するための挿入口を有するフランジ、を準備する工程、
   （２）前記フランジの挿入口に前記パイプを貫通挿入し、前記パイプの一端部を所定長さ前記フランジから突出させた状態で前記パイプを位置決めする工程、
   （３）前記フランジから突出させた前記パイプの一端部を、前記パイプの端部に向かうにつれて径が次第に広がるフレア状に変形加工する工程、
   （４）フレア状に加工した前記パイプの一端部を、前記フランジの端面に接近する方向に押圧することによって、前記フランジと接触する環状の平押し部を形成する工程、並びに、
   （５）前記パイプを、前記パイプの内側から外側に向けて拡径方向に押圧することで、前記パイプの外周面を前記フランジの挿入口内周面に接触させて、前記パイプを前記フランジに圧接又は圧着させるカシメ工程、
   を含んでなることを特徴とするエンジン用吸排気系配管の製造方法。
3. 前記工程（４）と前記工程（５）とは、同時に行われる、請求項２に記載の製造方法。

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