説明

開口を有する部材の溶接構造

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2007−218211号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【課題を解決するための手段】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【発明の効果】
【0015】
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。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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6】図5のVI−VI方向の矢視図である。
【図7】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。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。
【0018】
図1〜図4は本発明を実施する形態例を示すものである。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
[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。
【0027】
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。
【表1】


【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【符号の説明】
【0032】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2012−184700(P2012−184700A)
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−47582(P2011−47582)
【出願日】平成23年3月4日(2011.3.4)
【出願人】(000005463)日野自動車株式会社 (1,484)
【Fターム(参考)】