JP2015193323A - 排気系支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易的な構造で強度向上が可能な排気系支持構造を提供すること。
【解決手段】排気系支持構造１は、管状の排気系部材２と、排気系部材２の外周面２１に沿って配設される座板３と、排気系部材２を支持する棒状のステー４とを備えている。座板３は、その外周端縁部が排気系部材２の外周面２１に溶接されている。ステー４は、座板３から立設された立設端部４１を有し、かつ、立設端部４１が座板３に溶接されている。ステー４の立設端部４１の中心軸４１０を含む断面において、座板３と排気系部材２との溶接部分である第１溶接部５１は、ステー４と座板３との溶接部分である第２溶接部５２よりも外側にある。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両等の排気系支持構造に関する。

従来、管状の排気管等の排気系部材と、その排気系部材を支持する棒状のステーとを備えた排気系支持構造が知られている（特許文献１等参照）。ステーの一端部は、排気系部材の外周面に溶接され、他端部は、他の部材を介して車体に接続されている。

また、排気系支持構造には、ステーと排気系部材との接合強度を向上させるため、ステーを排気系部材の外周面に溶接した上で、さらに棒状の補強部材を排気系部材の外周面に溶接し、その補強部材をステーに溶接した構造のものがある。

特許第２５６２７３７号公報

しかしながら、従来の排気系支持構造では、車体側から振動等がステーを介して伝達されると、ステーと補強部材との溶接部に応力が集中して発生し、溶接部の剥がれ等の不具合が生じるおそれがあった。すなわち、従来の構造では、車体側からの振動等に対する強度が十分とは言えなかった。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、簡易的な構造で強度向上が可能な排気系支持構造を提供しようとするものである。

本発明は、管状の排気系部材と、該排気系部材の外周面に沿って配設される座板と、前記排気系部材を支持する棒状のステーとを備え、前記座板は、その外周端縁部が前記排気系部材の外周面に溶接され、前記ステーは、前記座板から立設された立設端部を有し、かつ、該立設端部が前記座板に溶接され、前記ステーの前記立設端部の中心軸を含む断面において、前記座板と前記排気系部材との溶接部分である第１溶接部は、前記ステーと前記座板との溶接部分である第２溶接部よりも外側にあることを特徴とする排気系支持構造にある。

本発明の排気系支持構造は、ステーの立設端部の中心軸を含む断面において、座板と排気系部材との溶接部分である第１溶接部が、ステーと座板との溶接部分である第２溶接部よりも外側にある。そのため、車体側から振動等がステーを介して伝達された場合でも、第２溶接部から第１溶接部への断面変化（具体的には断面積増加）により、特定の溶接部分に応力が集中することを抑制できる。

すなわち、第１溶接部及び第２溶接部に応力を分散して発生させ、応力の分散・緩和が可能となる。これにより、座板を介してステーを排気系部材に接合する簡易的な構造でありながら、車体側からの振動等に対する排気系支持構造の強度、具体的には座板と排気系部材との溶接部分（第１溶接部）及びステーと座板との溶接部分（第２溶接部）の接合強度等を向上させることができる。

また、排気系部材の外径が類似していれば、排気系部材の外周面に沿って配設される座板が共用可能となる。また、排気系部材の外径が異なっていても、座板の調整は容易である。これにより、汎用性を高めることができ、部材コストの低減も可能となる。以上のように、本発明によれば、簡易的な構造で強度向上が可能な排気系支持構造を提供することができる。

前記排気系支持構造において、前記のとおり、前記ステーの前記立設端部の中心軸を含む断面において、前記第１溶接部は、前記第２溶接部よりも外側にある。すなわち、ステーの立設端部の中心軸からの距離を比較した場合に、第１溶接部のほうが第２溶接部よりもステーの立設端部の中心軸からの距離が遠い。

また、前記座板は、前記のとおり、その外周端縁部が前記排気系部材の外周面に溶接されている。すなわち、座板の外周端縁部の少なくとも一部が排気系部材の外周面に溶接されていればよい。

また、前記第１溶接部は、前記座板を間に挟んで前記排気系部材の周方向に対向する位置にそれぞれ設けられていてもよい。すなわち、一対の第１溶接部が座板を間に挟んで排気系部材の周方向に対向する位置に設けられていてもよい。この場合には、特定の溶接部分への応力集中を抑制し、応力を分散・緩和する効果を十分に得られる。なお、第１溶接部は、前記の位置に加えて、さらに別の位置に設けられていてもよい。

また、前記ステーの前記立設端部の外径をａ、前記ステーの前記立設端部の中心軸を含む断面において、前記排気系部材の前記外周面における前記第１溶接部間の距離をｂとした場合に、寸法比率ｂ／ａが２．３以上であることが好ましい。この場合には、車体側からの振動等によって排気系支持構造に発生する応力を十分に分散・緩和することができる。

また、前記ステーの前記立設端部の外径をａ、前記座板の厚みをｃとした場合に、寸法比率ｃ／ａが０．２以上であることが好ましい。この場合には、車体側からの振動等によって排気系支持構造に発生する応力を十分に分散・緩和することができる。

また、前記排気系支持構造の強度を十分に向上させるために、前記排気系部材の前記外周面における前記第１溶接部間の距離ｂは、２３ｍｍ以上であることが好ましく、前記座板の厚みｃは、２ｍｍ以上であることが好ましい。

排気系支持構造を示す斜視図である。 排気系支持構造を示す断面図である。 寸法比率ｂ／ａと発生応力との関係を示すグラフである。 寸法比率ｃ／ａと発生応力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
図１、図２に示すように、本実施形態の排気系支持構造１は、管状の排気系部材２と、排気系部材２の外周面２１に沿って配設される座板３と、排気系部材２を支持する棒状のステー４とを備えている。座板３は、その外周端縁部が排気系部材２の外周面２１に溶接されている。ステー４は、座板３から立設された立設端部４１を有し、かつ、立設端部４１が座板３に溶接されている。

図２に示すように、ステー４の立設端部４１の中心軸４１０を含む断面において、座板３と排気系部材２との溶接部分である第１溶接部５１は、ステー４と座板３との溶接部分である第２溶接部５２よりも外側にある。なお、図２には、車両の上下方向を矢印にて示してある。車両の上下方向とは、鉛直方向（車両の高さ方向）である。以下、これを詳説する。

図１、図２に示すように、排気系支持構造１は、排気系部材２と、排気系部材２に溶接固定された座板３と、座板３に溶接固定されたステー４とを備えている。
排気系部材２は、車両に搭載されたエンジン（内燃機関）からの排気（排ガス）を流通させる排気管である。図１では、排気系部材２として排気管の一部を示している。排気系部材２は、円筒状に形成されている。

座板３は、四角形板状に形成されている。座板３は、排気系部材２の外周面２１に沿うように緩やかに折り曲げられた形状を呈している。具体的には、座板３の一方の主面（第１主面３１１）が排気系部材２の外周面２１に沿った形状となっている。座板３は、排気系部材２の外周面２１上に配設されている。座板３の第１主面３１１は、排気系部材２の外周面２１に接触している。座板３の厚みｃは、６ｍｍである。

座板３の中央部には、ステー４を挿入するための挿入部３２が設けられている。挿入部３２は、座板３を厚み方向に貫通して形成されている。なお、挿入部３２は、座板３を貫通せず、凹状に形成してもよい。

座板３は、その外周端縁部を構成する４つの辺部（第１辺部３３１、第２辺部３３２、第３辺部３３３、第４辺部３３４）を有している。第１辺部３３１と第３辺部３３３とは、排気系部材２の軸方向Ｘに対向している。第２辺部３３２と第４辺部３３４とは、排気系部材２の周方向に対向している。

座板３の第２辺部３３２及び第４辺部３３４と排気系部材２の外周面２１とは、溶接により接合されている。座板３の第２辺部３３２及び第４辺部３３４は、排気系部材２の軸方向Ｘに沿って排気系部材２の外周面２１に溶接されている。座板３と排気系部材２との溶接部分には、一対の第１溶接部５１が形成されている。

一対の第１溶接部５１は、座板３を間に挟んで排気系部材２の周方向に対向する位置にそれぞれ設けられている。一対の第１溶接部５１のうち、一方は車両上方側に設けられ、他方は車両下方側に設けられている。排気系部材２の外周面２１における第１溶接部５１間の距離ｂは、３０ｍｍである。

ステー４は、排気系部材２を支持する部材であり、円柱状に形成されている。ステー４は、座板３から立設された立設端部４１を有している。立設端部４１は、ステー４の一端部に設けられている。立設端部４１の外径ａは、１０ｍｍである。

立設端部４１の先端部は、座板３の挿入部３２に挿入配置されている。立設端部４１の外周面と座板３の他方の主面（第２主面３１２）とは、溶接により接合されている。本実施形態では、立設端部４１は、外周面全周に渡って座板３の第２主面３１２に溶接されている。立設端部４１と座板３との溶接部分には、第２溶接部５２が形成されている。

ステー４は、立設端部４１の他に、車体（図示略）に接続される車体接続部４２と、立設端部４１と車体接続部４２とをつなぐ連結部４３とを有している。車体接続部４２は、排気系部材２の軸方向Ｘと同じ方向に直線状に延びるように形成されている。車体接続部４２の先端部（ステー４の他端部）は、例えば、他の部材を介して車体に接続されている。

図２に示すように、ステー４の立設端部４１の中心軸４１０を含む断面であって、排気系部材２の軸方向Ｘに直交する断面において、座板３と排気系部材２との溶接部分である第１溶接部５１は、ステー４と座板３との溶接部分である第２溶接部５２よりも外側にある。すなわち、第１溶接部５１は、ステー４の立設端部４１の中心軸４１０からの距離が第２溶接部５２よりも遠い。

また、ステー４の立設端部４１の外径ａと排気系部材２の外周面２１における第１溶接部５１間の距離ｂとの寸法比率ｂ／ａは２．３以上である。また、ステー４の立設端部４１の外径ａと座板３の厚みｃとの寸法比率ｃ／ａは０．２以上である。本実施形態では、寸法比率ｂ／ａが３であり、寸法比率ｃ／ａが０．６である。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の排気系支持構造１は、ステー４の立設端部４１の中心軸４１０を含む断面において、座板３と排気系部材２との溶接部分である第１溶接部５１が、ステー４と座板３との溶接部分である第２溶接部５２よりも外側にある。そのため、車体側から振動等がステー４を介して伝達された場合でも、第２溶接部５２から第１溶接部５１への断面変化（具体的には断面積増加）により、特定の溶接部分に応力が集中することを抑制できる。

すなわち、第１溶接部５１及び第２溶接部５２に応力を分散して発生させ、応力の分散・緩和が可能となる。これにより、座板３を介してステー４を排気系部材２に接合する簡易的な構造でありながら、車体側からの振動等に対する排気系支持構造１の強度、具体的には座板３と排気系部材２との溶接部分（第１溶接部５１）及びステー４と座板３との溶接部分（第２溶接部５２）の接合強度等を向上させることができる。

また、排気系部材２の外径が類似していれば、排気系部材２の外周面２１に沿って配設される座板３が共用可能となる。また、排気系部材２の外径が異なっていても、座板３の調整は容易である。これにより、汎用性を高めることができ、部材コストの低減も可能となる。

また、第１溶接部５１は、座板３を間に挟んで排気系部材２の周方向に対向する位置にそれぞれ設けられている。すなわち、一対の第１溶接部５１が座板３を間に挟んで排気系部材２の周方向に対向する位置に設けられている。そのため、特定の溶接部分への応力集中を抑制し、応力を分散・緩和する効果を十分に得られる。

また、ステー４の立設端部４１の外径をａ、ステー４の立設端部４１の中心軸４１０を含む断面において、排気系部材２の外周面２１における第１溶接部５１間の距離をｂとした場合に、寸法比率ｂ／ａが２．３以上である。そのため、車体側からの振動等によって排気系支持構造１に発生する応力を十分に分散・緩和することができる。

また、ステー４の立設端部４１の外径をａ、座板３の厚みをｃとした場合に、寸法比率ｃ／ａが０．２以上である。そのため、車体側からの振動等によって排気系支持構造１に発生する応力を十分に分散・緩和することができる。

このように、本実施形態によれば、簡易的な構造で強度向上が可能な排気系支持構造１を提供することができる。すなわち、座板３を介してステー４を排気系部材２に接合する簡易的な構造でありながら、車体側からの振動等に対する排気系支持構造１の強度を向上させることができる。

（実験例）
本実験例は、排気系支持構造に発生する応力について、シミュレーションにより評価したものである。

本例では、排気系支持構造のステーに対して車両上下方向に１Ｎの荷重を掛けた場合に、ステーと座板との溶接部分（第２溶接部）に発生する応力を調べた。そして、寸法比率ｂ／ａ及び寸法比率ｃ／ａを変化させた場合に発生応力がどのように変化するかを調べた。なお、排気系支持構造の基本的な構成は、前述の実施形態１と同様である。また、寸法ａ、ｂ及びｃは、前述の実施形態１で説明したとおりである（図２参照）。

図３は、排気系支持構造の寸法比率ｂ／ａと発生応力との関係を示したものである。同図からわかるように、寸法比率ｂ／ａが大きくなると発生応力が小さくなる。そして、寸法比率ｂ／ａを２．３以上にすると、発生応力を目標ラインである１．４ＭＰａ以下にすることができる。

図４は、排気系支持構造の寸法比率ｃ／ａと発生応力との関係を示したものである。同図からわかるように、寸法比率ｃ／ａが大きくなると徐々にではあるが発生応力が小さくなる。そして、寸法比率ｃ／ａを０．２以上にすると、発生応力を目標ラインである１．４ＭＰａ以下にすることができる。

以上の結果から、排気系支持構造において、車体側からステーを介して伝達される振動等によって発生する応力を十分に分散・緩和するためには、寸法比率ｂ／ａが２．３以上であることが好ましいことが確認できた。また、寸法比率ｃ／ａが０．２以上であることが好ましいことが確認できた。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、前述の実施形態等に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）前述の実施形態１では、排気系部材が排気管であったが、排気系を構成する排気管以外の他の部材であってもよい。
（２）前述の実施形態１では、座板が四角形状に形成されていたが、座板の形状はこれに限定されるものではなく、種々様々な形状を採用することができる。

１…排気系支持構造
２…排気系部材
２１…外周面（排気系部材の外周面）
３…座板
４…ステー
４１…立設端部
４１０…中心軸（立設端部の中心軸）
５１…第１溶接部
５２…第２溶接部

Claims (4)

1. 管状の排気系部材と、
   該排気系部材の外周面に沿って配設される座板と、
   前記排気系部材を支持する棒状のステーとを備え、
   前記座板は、その外周端縁部が前記排気系部材の外周面に溶接され、
   前記ステーは、前記座板から立設された立設端部を有し、かつ、該立設端部が前記座板に溶接され、
   前記ステーの前記立設端部の中心軸を含む断面において、前記座板と前記排気系部材との溶接部分である第１溶接部は、前記ステーと前記座板との溶接部分である第２溶接部よりも外側にあることを特徴とする排気系支持構造。
2. 前記第１溶接部は、前記座板を間に挟んで前記排気系部材の周方向に対向する位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気系支持構造。
3. 前記ステーの前記立設端部の外径をａ、前記ステーの前記立設端部の中心軸を含む断面において、前記排気系部材の前記外周面における前記第１溶接部間の距離をｂとした場合に、寸法比率ｂ／ａが２．３以上であることを特徴とする請求項２に記載の排気系支持構造。
4. 前記ステーの前記立設端部の外径をａ、前記座板の厚みをｃとした場合に、寸法比率ｃ／ａが０．２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気系支持構造。

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