JP4526377B2 - 消音器 - Google Patents

Description

本発明は消音器に関する。

従来、円筒状に形成する内燃機関の消音器（マフラ）の製造方法において、金属製の板材を筒状に巻回した内層と、金属製の板材を筒状に巻回した外層とを、それぞれの巻回した板材の終端部を円筒の軸方向（母線方向）に連続カシメ固定して外筒を形成し、該円筒状に形成された外筒（シェル）の内部へ、予め組まれたプレートとパイプの組立体からなる内蔵物を、外筒の開口端部から圧入し、かつ、固定する製造方法が知られている。

また、圧入工程を省略して製造工程を簡略化するために、予め組付けた内蔵物へ板材の始端部を部分的に溶接し、該内蔵物を回転させながら前記溶接部を起点に板材を内蔵物に巻回して、板材の終端部を板材自身にスポット溶接固定する方法も開示されている。（特許文献１参照）。

また、上記の内蔵物の外周に板材を巻回して、該板材を、内蔵物の端板または隔板の外周に溶接する方法も知られている。（特許文献２参照）。

上記の多重巻回式の外筒の形成においては、板材の終端部の固定に、母線方向への連続高速溶接（レーザ溶接、ローラシーム溶接等）を用いるのが一般的である。

また、巻回する板材の気密性を上げるために、板材を１重に巻いた時点で板材の始端部と中間部とを母線方向に連続溶接し、さらに２重に巻いた後で板材の終端部と中間部とを母線方向に連続溶接することによって、２ヶ所の連続溶接の間（層間）を気密に封じ込める方法が提案されている。（特許文献３の図２参照）。

また、板材を巻回してその始端と終端を重ね合わせた内層と、板材を巻回してその始端と終端を重ね合わせた外層とを、それぞれの重ね部で同時に連続溶接するようにしたものも知られている（特許文献３の図１参照）。
特開平６−３４６７３１号公報 特開昭５９−１６２３１８号公報 実公平５−４４５１０号公報

前記特許文献１に記載の消音器においては、始端部と終端部ともにスポット溶接だけで固定しているため、隣接するスポット溶接間は板材相互が密着されず、板材（層）間の気密性が悪いため、該層間を通じて外部からマフラ内への水分浸入や、排気ガスの外部への漏出が懸念される。

また、多重巻回式において、前記のように板相互をスポット溶接した外筒においては、排気ガス中の水分や凝縮水がマフラ内部から板材（層）間の隙間に浸入して残留し、この水分が高負荷時等に高温の排気ガスにより急激加熱された場合に、急膨張して大量の水蒸気となり、板材（層）間の隙間から水蒸気の離脱（排出）がおいつかなくなると、板材（層）を局所的に内外へ変形させてしまうという懸念が指摘されている。

また、このような多重巻回式において、板材の終端部の固定に、母線方向への連続高速溶接を用いたものにおいては、板材（層）間内の水蒸気の外部への離脱を完全に妨げるため、前記の懸念に拍車を掛けている。

前記特許文献３の図２に記載の消音器のように、板材を１重に巻いた時点と、さらに２重に巻いた時点において、それぞれ連続溶接するものにおいては、板材（層）間の気密性を上げて、排気ガスや外部からの水分浸入は防止できるものの、消音器の製造時の層間への空気浸入は避けられず、板材間に含有水分が封じ込められ、水分による前記問題が発生する懸念が依然として残る。

更に、前記のように、多重巻回式において、その始端部と終端部を連続溶接するものにおいては、多層外筒に本来期待される機能、すなわち板材（層）相互の摩擦による放射音の減衰機能が、始端部と終端部で板材を完全固定してしまうことによって損なわれてしまう問題も生ずる。

更に、前記特許文献３の第１実施例のように始端部と終端部を１つの連続溶接で固定するものにおいては、上記のような、水分の封じ込みと、放射音の減衰機能の損失の両問題を生ずるばかりか、レーザやシーム等の慣用的な高速連続溶接方法では、３枚以上の板材を用いる通常の消音器においては、この３枚以上の板材を貫通溶接するに適さないという、製造上の問題もある。

従って、製造容易性や放射音減衰等の多重巻回外筒本来のメリットを活かしたまま、前記のような水蒸気による不具合の懸念を払拭できる消音器が待たれている。

そこで本発明は、このような要望に応える消音器を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、金属の板材が複層巻回された外筒を有する消音器において、板材の巻回始端部と該巻回始端部が接する板材を母線方向に連続溶接するとともに、板材の巻回終端部と該巻回終端部が接する板材を母線方向へ間歇溶接で接合したことを特徴とする消音器である。

本発明においては、板材の巻回始端部を母線方向に連続溶接することによって、該部において外筒の周方向への気密性が維持され、内部の排気ガスが外部に漏出することを阻止し、かつ、外部から内部への水分や異物の侵入も完全に阻止できる。また、板材の巻回終端部を母線方向へ間歇溶接で接合することによって、板材（層）間に適度な気密性が保持され、該部において、外部から外筒内への水分の浸入を阻止できるとともに、板材（層）間に残留していた水蒸気が加熱により急膨張した場合には、その水蒸気が隣接する溶接間を通じて外部へ排気される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において消音器を構成する内蔵物に板材の巻回始端部が係止されていることを特徴とする消音器である。

本発明においては、内臓物の回転により板材を巻回できる。

請求項１記載の発明によれば、重合された板材の間に残留していた水分が、内燃機関の高負荷時の高温の排気ガスなどにより急激加熱され、急膨張して大量の水蒸気となった場合には、板材の間を周方向へ移動した後、板材の終端部における間歇溶接の間の隙間から外部へ放出されるので、水蒸気膨張による板材の局所的な変形を回避できる。

また、板材の終端部が間歇溶接されて適度な気密性を有するため、外部から板材間に水分や異物が侵入することも防止できる。

更に、板材の巻回終端部が間歇溶接であるため、板材相互の摩擦による放射音の減衰機能も保持することができる。

請求項２記載の発明によれば、内蔵物を回転することにより、板材を内蔵物の外周に巻回できるため、内蔵物を外筒内に圧入する工程を無くすことができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図５に示す実施例に基づいて説明する。

図１乃至図４は本発明の消音器の実施例１を示す。
実施例１の消音器は、次のような方法により製造される。

先ず、図１に示すように、端板１と、両端板１，１の間を仕切る隔壁２と、端板１と隔壁２を貫通するインレットパイプ３と、隔壁２と端板１を貫通するアウトレットパイプ４と、隔壁２を貫通するインナパイプ５などからなる金属製の内蔵物６を予め組み立てて用意する。この内蔵物６の構造は、図に示される構造に限定するものではない。

次に、図示しない回転駆動手段の回転保持部を内蔵物６の端板１に係止して、内臓物６をその軸芯周りに回転可能に保持する。

次に、内臓物６における端板１や隔壁２のうちの最外周となる外面の少なくとも一箇所に、外筒を構成する金属製の板材７の巻回始端部７ａをスポット溶接Ｗ１等で係止する。この係止は板材７を保持できればよく、溶接に限るものではない。

次に、内臓物６を前記の駆動手段により一方向（図１の矢印Ａ方向）に回転させて、その外周に板材７を巻き付け（巻回）てゆき、図２に示すように、１層巻回した時点で回転を止め、板材７の巻回始端部７ａと板材７の巻回中間部７ｂとを、レーザ溶接やシーム溶接等の連続高速溶接手段を用いて、母線方向（板材の巻回により形成された筒の軸芯と平行するＸ−Ｘ方向）に沿って両端間を連続溶接Ｗ２する。なお、図２においては前記の内蔵物６の記載は省略した。

これによって巻回された筒の周方向における板材７間の気密が連続溶接された区間、すなわち、板材７の軸方向全長にわたって維持され、製造後における消音器の内部の排気ガスが板材７間を通じて外部に漏洩することはないし、外部からの水分や異物の内部への侵入も完全に阻止できる。

なお、連続溶接手段の種類は問わず、板材７の重合部間の気密と固定が達成される手段があれば、任意である。

次に、前記の状態から更に内臓物６を矢印Ａ方向に回転させて板材７を巻回し、図３に示すように板材７の巻回終端部７ｃが板材７の巻回中間部７ｂに接触した状態で回転を止め、巻回終端部７ｃ近傍と板材７の巻回中間部７ｂとを母線方向へ間歇的にスポット溶接Ｗ３等で固定する。これによって、内臓物６の周囲に、１枚の板材７からなる２層の外筒（シェル）８が形成される。なお、図３においても前記の内蔵物６の記載は省略した。

以上の工程により、板材７の巻回始端部７ａが消音器を構成する内蔵物６に係止され、板材７の巻回始端部７ａが板材７と母線方向に連続溶接され、板材７の巻回終端部７ｃと板材７が母線方向へ間歇溶接で接合された消音器が形成される。

なお、前記の間歇とは、終端部において母線方向に亘って非連続的に複数の溶接がなされている意味であり、一箇所当たりの溶接の長さ・ピッチ・溶接数等は任意であり、溶接種類も任意である。レーザスポット溶接やアーク溶接（点付け）等でも構わない。要は、板材（層）７間の水蒸気の加熱時による逃がしと外部から内部への水分の浸入の防止を両立できる程度に気密性が保たれることが望ましい。

また、前記の巻回始端部７ａとは板材７の巻回方向の始端部近傍であれば良く、始端から溶接代だけ見込んで板内へ入った位置が好ましい。同様に巻回終端部７ｃも、溶接条件を満たす程度に終端部近傍が好ましい。

また、図４のように、連続溶接Ｗ２に対して更に回転した位置に間歇溶接Ｗ３を配しても良いし、逆に図５のように、連続溶接Ｗ２に対して回転方向における前方位置に間歇溶接Ｗ３を配しても良い。

また、前記の間歇溶接Ｗ３は、板材７の３層（３枚）に亘る貫通溶接が好ましいが、条件によっては巻回終端部７ｃと巻回中間部７ｂに亘る２層間でも構わない。

以上のような構成で消音器を形成することにより、この消音器の使用時には、層間に残留していた水蒸気が加熱により急膨張しても、板材（層）７間を周方向へ移動した後、間歇溶接Ｗ３の間の隙間から放出されるので、水蒸気膨張による不具合の発生を回避できる。

もちろん間歇溶接Ｗ３の間の隙間は、外部から水分が浸入できない程度に間歇溶接によって密着しているので、通常の使用において、外部から水分が浸入することを防止し、何ら問題はない。更に、巻回終端部７ｃが間歇溶接であるため、板材７相互間の摩擦による放射音の減衰機能も発揮できる。

また、前記実施例は２層巻きについて本発明を適用した例であるが、本発明は、３層以上の多層巻回においても、始端部と終端部の関係を前記のようにして適用することもできる。

更に、前記の板材７は、板厚の異なる複数の板材を溶接接続した、所謂テーラードブランク材を用いても良い。これによれば、例えば、１層目の板厚をｔ１．５ｍｍとし、２層目の板厚をｔ１．０ｍｍと薄目に設定することも可能である。あるいは、１層目と２層目の材質や被覆（メッキやコーティング）が異なるようにしてもよい。

前記実施例は、予め組み立てた内蔵物６に板材７を係止して、内蔵物６の回転により板材７を内蔵物６の外周に巻回するようにしたが、このような巻回によらず、例えばマンドレルなどを用いて、板材７のみを図２及び図３に示すように巻回及び溶接して外筒（シェル）８を形成し、その後、内臓物６を外筒８内に圧入して外筒８を内蔵物６に溶接固定してもよい。しかし、この方法であると、独立した圧入工程を含むため工程が複雑でサイクルタイムも嵩むので、前記実施例１の巻回方法とすることが望ましい。

本発明の消音器は、内燃機関用の消音器に限らず、温度変化を伴う流体用のあらゆる消音器に適用可能である。例えば、燃料電池の消音器や、汎用圧縮機や空調装置の消音器等にも使用できるものである。

本発明の消音器の製造工程を示すもので、板材の始端部を内蔵物に係止した斜視図。 図１の状態から板材を１重巻きして連続溶接した斜視図で、内蔵物は省略されている。 図２の状態から板材を２重巻きして間歇溶接した斜視図で、内蔵物は省略されている。 図３の巻回状態における溶接位置を示す横断面図。 図４に示す溶接位置と異なる溶接位置を示す横断面図。

符号の説明

１ 端板
２ 隔壁
６ 内蔵物
７ 板材
７ａ 板材の巻回始端部
７ｂ 板材の巻回中間部
７ｃ 板材の巻回終端部
８ 外筒

Claims (2)

1. 金属の板材が複層巻回された外筒を有する消音器において、板材の巻回始端部と該巻回始端部が接する板材を母線方向に連続溶接するとともに、板材の巻回終端部と該巻回終端部が接する板材を母線方向へ間歇溶接で接合したことを特徴とする消音器。
2. 消音器を構成する内蔵物に板材の巻回始端部が係止されていることを特徴とする請求項１記載の消音器。

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