特許 7568600 排気系部品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】排気系部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/18 20100101AFI20241008BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20241008BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

F01N13/18 ZAB

F01N13/08 E

F01N3/28 301V

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021165015

(22)【出願日】2021-10-06

(65)【公開番号】P2023055541

(43)【公開日】2023-04-18

【審査請求日】2023-09-01

(73)【特許権者】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】加藤 雅俊

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 慎也

(72)【発明者】

【氏名】山本 幸一郎

(72)【発明者】

【氏名】小川 茂

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２５８５８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００７－５３４４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２０１１－０１３５１２８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平０５－１７９４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２８８６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２３４３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１９８０７６３７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０８６５５６２６（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２３４４６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２０４８６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／００ ， １３／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｂ２１Ｃ ３７／０８

Ｆ１６Ｌ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガスの流路を構成する排気系部品の製造方法であって、
第１筒体と第２筒体とを連結した状態で前記第１筒体及び前記第２筒体を加熱する工程と、
前記加熱する工程の後、前記第１筒体と前記第２筒体とを溶接する工程と、
を備え、
前記加熱する工程では、前記第１筒体のうち他の部位よりも径方向の厚みが大きい肉厚部を、他の部位よりも優先的に加熱し、
前記第１筒体は、
筒状の本体部と、
前記本体部よりも外径が大きく、かつ、前記本体部のうち前記第２筒体と溶接される第１端部とは反対側の第２端部に連続して設けられた鍔部と、
を有し、
前記鍔部は、前記肉厚部を構成し、
前記溶接する工程では、前記第１筒体の前記本体部における前記第１端部と、前記第２筒体とを溶接する、
排気系部品の製造方法。

【請求項2】

排気ガスの流路を構成する排気系部品の製造方法であって、
第１筒体と第２筒体とを連結した状態で前記第１筒体及び前記第２筒体を加熱する工程と、
前記加熱する工程の後、前記第１筒体と前記第２筒体とを溶接する工程と、
を備え、
前記加熱する工程では、前記第１筒体のうち他の部位よりも径方向の厚みが大きい肉厚部を、他の部位よりも優先的に加熱し、
前記加熱する工程では、前記第１筒体及び前記第２筒体の内部に熱風を送る熱源と、前記肉厚部に前記熱風を誘導する案内器具とを用いる、
排気系部品の製造方法。

【請求項3】

請求項２に記載の排気系部品の製造方法であって、
前記第１筒体は、
筒状の本体部と、
前記本体部よりも外径が大きく、かつ、前記本体部のうち前記第２筒体と溶接される第１端部とは反対側の第２端部に連続して設けられた鍔部と、
を有し、
前記鍔部は、前記肉厚部を構成する、排気系部品の製造方法。

【請求項4】

請求項２又は請求項３に記載の排気系部品の製造方法であって、
前記加熱する工程では、前記熱風を前記案内器具に衝突させることで前記熱風を前記肉厚部に誘導する、排気系部品の製造方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の排気系部品の製造方法であって、
前記第１筒体は、フェライト系ステンレス鋼を主体とする、排気系部品の製造方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の排気系部品の製造方法であって、
前記第２筒体は、触媒を格納する触媒ケースである、排気系部品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気系部品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

排気ガスの流路を構成する排気系部品は、溶接によって連結された複数の筒体（つまり管材）によって構成されている。連結される筒体の中には、継手のように肉厚部を有する部品が含まれる（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１６１３０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

排気系部品を構成する筒体同士を溶接にて連結する際に、溶接対象に温度のバラツキがあると応力が発生する。このような応力によって、排気系部品に亀裂等の破損が発生するおそれがある。

【0005】

溶接時の温度のバラツキは、部品を加熱して溶接を行うことで抑制できる。しかしながら、上述した継手のような肉厚部は、加熱によって温度が上昇しにくいため、温度のバラツキの低減が困難である。

【0006】

本開示の一局面は、肉厚部を有する排気系部品の溶接時の破損を抑制できる排気系部品の製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、排気ガスの流路を構成する排気系部品の製造方法である。排気系部品の製造方法は、第１筒体と第２筒体とを連結した状態で第１筒体及び第２筒体を加熱する工程と、加熱する工程の後、第１筒体と第２筒体とを溶接する工程と、を備える。加熱する工程では、第１筒体のうち他の部位よりも径方向の厚みが大きい肉厚部を、他の部位よりも優先的に加熱する。

【0008】

このような構成によれば、肉厚部と他の部位との温度差を小さくした状態で、第１筒体と第２筒体との溶接が行われるため、第１筒体及び第２筒体において応力の発生が抑制される。その結果、肉厚部を有する排気系部品の溶接時の破損を抑制できる。

【0009】

本開示の一態様では、第１筒体は、フェライト系ステンレス鋼を主体としてもよい。このような構成によれば、第１筒体の熱膨張係数が小さくなり、高温状態が繰り返されるサイクルにおける酸化特性を高めることができる。

【0010】

本開示の一態様では、第１筒体は、筒状の本体部と、本体部よりも外径が大きく、かつ、本体部のうち第２筒体と溶接される第１端部とは反対側の第２端部に連続して設けられた鍔部と、を有してもよい。鍔部は、肉厚部を構成してもよい。このような構成によれば、締結に用いられる鍔部における応力の発生及びこの応力に起因する継手の破損を抑制できる。

【0011】

本開示の一態様では、第２筒体は、触媒を格納する触媒ケースであってもよい。このような構成によれば、熱膨張係数の小さい材料で構成される触媒ケースの破損を抑制することができる。

【0012】

本開示の一態様では、加熱する工程では、第１筒体及び第２筒体の内部に熱風を送る熱源と、肉厚部に熱風を誘導する案内器具とを用いてもよい。このような構成によれば、比較的容易に肉厚部を優先的に加熱することができる。

【0013】

本開示の一態様では、加熱する工程では、熱風を案内器具に衝突させることで熱風を肉厚部に誘導してもよい。このような構成によれば、熱風を誘導する位置の変更及び調整が比較的容易に行えるため、排気系部品の生産効率を高められる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態における排気系部品の模式図である。

【図2】図２は、図１の排気系部品の締結状態の一例を示す模式的な部分断面図である。

【図3】図３は、実施形態における排気系部品の製造方法のフロー図である。

【図4】図４は、図３の排気系部品の製造方法における一工程を示す模式図である。

【図5】図５は、図３の排気系部品の製造方法における一工程を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
＜排気系部品＞
図１に示す排気系部品１０は、内燃機関の排気ガス流路内に設けられる。具体的には、排気系部品１０は、排気ガスの浄化を行う排気ガス浄化装置の一部を構成する。排気系部品１０は、第１筒体２０と、第２筒体３０とを備える。

【0016】

（第１筒体）
第１筒体２０は、例えば図２に示すＶバンドクランプＶのような締結部品によって、他の管体Ｐと締結される継手である。

【0017】

第１筒体２０は、フェライト系ステンレス鋼を主体とする。具体的には、第１筒体２０は、フェライト系ステンレス鋼の鋳造によって形成されている。図１に示すように、第１筒体２０は、本体部２１と、鍔部２２とを有する。

【0018】

本体部２１は、内部を排気ガスが流れる筒状の部材である。本体部２１の厚みは軸方向において実質的に一定である。本体部２１の第１端部２１Ａは、第２筒体３０と溶接部位Ｗにて溶接されている。本体部２１の第１端部２１Ａとは反対側の第２端部２１Ｂの軸方向外側には、鍔部２２が設けられている。

【0019】

鍔部２２は、本体部２１よりも外径が大きいリング状の部位である。鍔部２２は、本体部２１の第２端部２１Ｂよりも径方向外側に突出している。鍔部２２は、第１筒体２０の他の部位（つまり、鍔部２２以外の部位）よりも径方向の厚みが大きい肉厚部を構成している。

【0020】

つまり、第１筒体２０の第２筒体３０とは反対側の端部は、第１筒体２０の他の部位よりも径方向の厚みが大きい肉厚部である。なお、図２に示すように、鍔部２２には、ガスケットを配置するための溝２２Ａが設けられている。

【0021】

（第２筒体）
図１に示す第２筒体３０は、触媒を格納する触媒ケースである。第２筒体３０が格納する触媒は、排気ガスとの接触によって排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集し、排気ガスを浄化する。

【0022】

第２筒体３０は、第１筒体２０と同様に、フェライト系ステンレス鋼を主体とする。具体的には、第２筒体３０は、フェライト系ステンレス鋼板によって形成されている。第１筒体２０及び第２筒体３０を共にフェライト系ステンレス鋼とすることで、同材溶接による耐久性向上を図ることができる。また、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼よりも熱膨張係数が小さく（つまり熱膨張し難く）、かつ高温での酸化特性に優れる（つまり酸化し難い）。

【0023】

第２筒体３０の厚みは、軸方向において実質的に一定である。第２筒体３０の一方の端部は、第１筒体２０に挿入され、溶接により第１筒体２０に連結されている。

【0024】

＜排気系部品の製造方法＞
図３に示す排気系部品の製造方法は、配置工程Ｓ１０と、加熱工程Ｓ２０と、移動工程Ｓ３０と、溶接工程Ｓ４０とを備える。

【0025】

（配置工程）
配置工程Ｓ１０では、図４に示すように、溶接されていない第１筒体２０と第２筒体３０とを加熱装置１００に配置する。

【0026】

加熱装置１００は、熱源１１０と、導風路１２０と、案内器具１３０とを有する。熱源１１０は、例えば電熱線及び送風機によって熱風Ｈを生成し、導風路１２０を介して第１筒体２０及び第２筒体３０の内部に熱風を送る。

【0027】

案内器具１３０は、第１筒体２０の肉厚部に熱風Ｈを誘導する。案内器具１３０は、衝突部１３１と、軸部１３２と、支持材１３３とを有する。

【0028】

衝突部１３１は、熱源１１０から第１筒体２０の内部に向かって拡径する円錐形状の部材である。衝突部１３１の最大外径は、第１筒体２０内径よりも小さい。衝突部１３１の一部は、導風路１２０の内部に配置される。

【0029】

軸部１３２は、衝突部１３１の中心部に取り付けられている。軸部１３２は、導風路１２０の軸方向に延伸している。支持材１３３は、軸部１３２を支持する。支持材１３３は、導風路１２０の内部に取り付けられている。軸部１３２及び支持材１３３の位置調整により、衝突部１３１の位置が調節できる。

【0030】

なお、衝突部１３１及び軸部１３２の内部空間は、導風路１２０の内部と連通していてもよい。つまり、衝突部１３１及び軸部１３２それぞれの内部に熱風Ｈが供給されてもよい。

【0031】

配置工程Ｓ１０では、案内器具１３０の衝突部１３１が、第１筒体２０の径方向において肉厚部（つまり鍔部２２）と重なるように、案内器具１３０が第１筒体２０に挿入される。具体的には、第１筒体２０の径方向において衝突部１３１の側面が肉厚部と対向するように衝突部１３１が配置される。

【0032】

また、配置工程Ｓ１０では、第１筒体２０の第２端部２１Ｂが導風路１２０に連結されるように第１筒体２０が配置される。第２筒体３０は、第１筒体２０の第１端部２１Ａに連結されるように配置される。

【0033】

（加熱工程）
加熱工程Ｓ２０では、第１筒体２０と第２筒体３０とを連結した状態で、加熱装置１００を用いて第１筒体２０及び第２筒体３０を内部から加熱する。

【0034】

導風路１２０から第１筒体２０内に供給された熱風Ｈは、第１筒体２０及び第２筒体３０の内部を通過して、第２筒体３０から外部に排出される。また、加熱工程Ｓ２０では、熱風Ｈを案内器具１３０の衝突部１３１に衝突させることで、熱風Ｈを第１筒体２０の肉厚部に誘導する。

【0035】

つまり、衝突部１３１の側面に沿うように熱風Ｈの進路を変えることで、熱風Ｈを肉厚部の内周面に衝突させる。これにより、肉厚部を中心に第１筒体２０が加熱され、肉厚部である鍔部２２が他の部位である本体部２１よりも優先的に加熱される。つまり、肉厚部が受け取る熱量が、第１筒体２０の他の部位及び第２筒体３０が受け取る熱量よりも大きくなる。

【0036】

（移動工程）
移動工程Ｓ３０では、図５に示すように、加熱工程Ｓ２０後に、熱源１１０を導風路１２０から取り外し、第１筒体２０及び第２筒体３０から離れた位置に移動させる。

【0037】

これにより、第１筒体２０と第２筒体３０との溶接時に発生する溶接ヒューム、スパッタ等から熱源１１０を保護できる。また、熱源１１０から発生する熱風によって溶接時に溶接ガスの流れが乱れることによる溶接性の低下を抑制できる。

【0038】

熱源１１０の具体的な移動方法としては、導風路１２０に連結された使用位置から、保護カバー１４０によって保護される格納位置まで、熱源１１０をスイングさせる方法が例示できる。これにより、第１筒体２０と第２筒体３０との溶接時には、溶接個所と熱源１１０との間に保護カバー１４０が位置する。その結果、保護カバー１４０が遮蔽部材として機能し、上述の溶接ヒューム、スパッタ等が熱源１１０に当たり難くなる。

【0039】

（溶接工程）
溶接工程Ｓ４０では、移動工程Ｓ３０後に、第１筒体２０及び第２筒体３０を溶接する。具体的には、第１筒体２０の本体部２１の第１端部２１Ａと第２筒体３０とが重なっている溶接部位Ｗを周方向全体にわたって溶接する。

【0040】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）肉厚部と他の部位との温度差を小さくした状態で、第１筒体２０と第２筒体３０との溶接が行われるため、第１筒体２０及び第２筒体３０において応力の発生が抑制される。その結果、肉厚部を有する排気系部品１０の溶接時の破損を抑制できる。

【0041】

（１ｂ）第１筒体２０がフェライト系ステンレス鋼を主体とすることで、第１筒体２０の熱膨張係数が小さくなり、高温状態が繰り返されるサイクルにおける酸化特性を高めることができる。

【0042】

（１ｃ）第１筒体２０及び第２筒体３０がいずれもフェライト系ステンレス鋼を主体とすることで、同材溶接となり、第１筒体２０及び第２筒体３０との熱膨張差を低減できる。さらに、フェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼よりも熱膨張係数が小さいため、第１筒体２０及び第２筒体３０が熱膨張及び熱収縮する際の寸法差が低減される。その結果、第１筒体２０及び第２筒体３０の破損が抑制される。

【0043】

（１ｄ）第１筒体２０が鍔部２２を有する継手であることで、締結に用いられる鍔部２２における応力の発生及びこの応力に起因する継手の破損を抑制できる。
（１ｅ）第２筒体３０が触媒ケースであることで、熱膨張係数の小さい材料で構成される触媒ケースの破損を抑制することができる。

【0044】

（１ｆ）熱風を送る熱源１１０と、肉厚部に熱風を誘導する案内器具１３０とを用いることで、比較的容易に肉厚部を優先的に加熱することができる。
（１ｇ）熱風を案内器具１３０に衝突させることで、熱風を誘導する位置の変更及び調整が比較的容易に行えるため、排気系部品１０の生産効率を高められる。

【0045】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0046】

（２ａ）上記実施形態の排気系部品の製造方法において、第１筒体及び第２筒体の材質は、フェライト系ステンレス鋼に限定されない。

【0047】

（２ｂ）上記実施形態の排気系部品の製造方法において、第１筒体は鍔部を有する継手に限定されない。また、第２筒体は触媒ケースに限定されない。さらに、第１筒体及び第２筒体の双方に肉厚部が設けられてもよい。また、肉厚部は、第１筒体の鍔部以外の部位を含んでもよい。

【0048】

（２ｃ）上記実施形態の排気系部品の製造方法において、熱風は、案内器具への衝突以外の手段によって肉厚部へ誘導されてもよい。また、第１筒体及び第２筒体は、熱風以外の手段で加熱されてもよい。例えば、肉厚部に直接ヒータを取り付けることで肉厚部を優先的に加熱してもよい。

【0049】

（２ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0050】

１０…排気系部品、２０…第１筒体、２１…本体部、２１Ａ…第１端部、
２１Ｂ…第２端部、２２…鍔部、２２Ａ…溝、３０…第２筒体、１００…加熱装置、
１１０…熱源、１２０…導風路、１３０…案内器具、１３１…衝突部、１３２…軸部、
１３３…支持材、１４０…保護カバー。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】