JP2004322123A - 二重管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内管と外管が相互に独立した構造の二重管を容易に液圧成形できる方法を提供する。
【解決手段】内管用重ね合わせ板材１１を内包し且つそれよりも一回り大きな外管用重ね合わせ板材１４を液圧により膨出成形して、内外管用板材１２ａ，１５ａ同士と１２ｂ，１５ｂ同士が相互に密着した二重管の中間成形体２６を成形する。次に、中間成形体２６のうち外管用重ね合わせ板材１４を液圧により単独で膨出成形して二重管１とする。その際に、外管３にビード部５を一体に成形して、そのビード部５にて内管２を支持するようにする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ね合わせ板材を用いていわゆる液圧成形法（液圧バルジ成形法もしくはシートハイドロ工法とも称される）により二重管を製造する方法に関し、特に内管と外管とを相互に独立した構造体として成形できるようにした二重管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の二重管の製造方法として例えば特許文献１に記載のものが知られている。同特許文献１に記載の技術では、内管用の二枚の板材と外管用の二枚の板材の合計四枚の板材を重ね合わせた上でそれらの板材の周縁部を相互に溶接接合して重ね合わせ板材とし、最初に内管用の板材同士の間に液圧を導入することで内外管を同時に膨出成形し、その後から内外管同士の間に液圧を導入することで外管を所定形状に膨出成形するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−０５７３６２号公報 （図１〜図８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、相互に重ね合わされることになる内管用および外管用の各板材が同じ形状および大きさであって且つそれら四枚の板材同士が相互に溶接接合されているため、内外管同士の間に形成される空間の大きさ（溶接接合部以外での内管用板材と外管用板材とのなす相互離間距離）が安定化しないばかりでなく、例えば製造された二重管をエンジンのエキゾーストマニホールドに適用した場合に、内管が熱膨張したときにその熱膨張の度合いによっては外管が追従することができず、結果として外管が内管の変形を拘束してしまうために内管が破断限界を超えて破損もしくは破断してしまうおそれがある。これは、内外管同士が相互に溶接接合されていることによって、それぞれの弾性変形自由度が拘束されていることに基づくものである。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に液圧成形法を基本としながらも内外管が相互に独立した構造の二重管を無理なく製造できるようにした製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、二枚の内管用板材を重ね合わせた上でその周縁部を溶接接合して内管用重ね合わせ板材を製作する工程と、上記内管用重ね合わせ板材を内包するように二枚の外管用板材を重ね合わせた上でその周縁部を溶接接合して外管用重ね合わせ板材を製作する工程と、外管用重ね合わせ板材を内管用重ね合わせ板材とともに液圧により膨出させて所定断面形状の内管を成形する工程と、外管用重ね合わせ板材を液圧により単独で膨出させて所定断面形状の外管を成形する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
この場合、請求項２に記載のように、外管用重ね合わせ板材を製作する際に、内管用重ね合わせ板材の溶接接合部と外管用重ね合わせ板材の溶接接合部とが重ならないように、内管用重ね合わせ板材よりも大きな二枚の外管用板材を重ね合わせた上でその周縁部を溶接接合して外管用重ね合わせ板材を製作することが望ましい。
【０００８】
さらに、内外管が相互に独立した構造でありながらも内管をいわゆるフランジレス構造とするためには、請求項３に記載のように、膨出成形に先立って、内管用重ね合わせ板材を内包してなる外管用重ね合わせ板材を断面略Ｕ字状に折り曲げて予備成形体とする工程を含むことが望ましい。
【０００９】
したがって、請求項１，２に記載の発明では、重ね合わせ板材の段階で既に内管用重ね合わせ板材と外管用重ね合わせ板材が相互に独立していることから、内管および外管をそれぞれを膨出成形すればそれら内管と外管とが相互に独立した二重管が製造される。
【００１０】
なお、請求項５に記載のように、外管を単独で膨出成形する際に内管側に向かって突出する突起部を同時成形し、この突起部をもって内管を支持するようにすれば、成形された内管と外管との相対位置関係を長期にわたって維持できることになる。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、内管および外管が相互に独立した状態で成形されることから、内管および外管のそれぞれの成形精度が向上して内管と外管との間に形成される空間の寸法も安定化するとともに、成形後において内管および外管のそれぞれの弾性変形自由度が拘束されることがなく、例えば製造された二重管をエンジンのエキゾーストマニホールドに適用した場合において内管が熱膨張した場合でもそれに外管が追従できることから、内管の破損もしくは破断を未然に防止できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１，２は本発明の好ましい実施の形態を示しており、図３に示すようにエンジンのエキゾーストマニホールドとして用いるのに好適な二重管１を製造する場合の例を示している。なお、この二重管１は例えば入口側となる複数の開口部１ａ，１ａ…と出口側となる単一の開口部１ｂを備えていて、なお且つ断面略円形状をなす内管２と外管３とが互いに同芯状に配置されているものである。
【００１３】
このような二重管１を製造するには、最初に図１の（Ａ）に示すような内管用重ね合わせ板材１１を製作する。この内管用重ね合わせ板材１１は、図３に示した内管２を展開した形状の平板状のブランク材たる内管用板材１２ａ，１２ｂを打ち抜き形成した上で、その大きさの等しい二枚の内管用板材１２ａ，１２ｂ同士を重ね合わせる。そして、図３に示したように開口部１ａ，１ｂとなるべき部分以外の周縁部を例えばへり継手方式にて溶接ビード部１３をもって溶接接合して内管用重ね合わせ板材１１とする。
【００１４】
続いて、同図（Ｂ）に示すような外管用重ね合わせ板材１４を製作する。この外管用重ね合わせ板材１４は、図３に示した外管３を展開した形状の平板状のブランク材たる外管用板材１５ａ，１５ｂを打ち抜き形成した上で、その大きさの等しい二枚の外管用板材１５ａ，１５ｂ同士の間に先の内管用重ね合わせ板材１１を挟み込むようにそれらの外管用板材１５ａ，１５ｂ同士を重ね合わせる。そして、図３に示したように開口部１ａ，１ｂとなるべき部分以外の周縁部を例えばへり継手方式にて溶接ビード部１６をもって溶接接合し、図１の（Ａ）に示した内管用重ね合わせ板材１１を内包する外管用重ね合わせ板材１４とする。
【００１５】
この場合、二重管１として完成した内外管２，３同士の径差よりして、外管用重ね合わせ板材１４を形成することになる外管用板材１５ａ，１５ｂの大きさは内管用板材１２ａ，１２ｂのそれよりも一回り程度大きな形状に予め形成するものとする。これにより、図１の（Ｂ）に示したように内管用重ね合わせ板材１１を内包する外管用重ね合わせ板材１４が製作された段階では、内管用重ね合わせ板材１１の溶接接合部である溶接ビード部１３と外管用重ね合わせ板材１４の溶接接合部である溶接ビード部１６とが板材積層方向で互いに重なり合うことがない。言い換えるならば、内管用重ね合わせ板材１１は外管用重ね合わせ板材１４を形成している外管用板材１５ａ，１５ｂ同士の間に挟持されてはいても、それらの内管用重ね合わせ板材１１と外管用重ね合わせ板材１４とは相互に独立していることになる。また、内管用重ね合わせ板材１１を内包している外管用重ね合わせ板材１４のうち、内管用重ね合わせ板材１１を内包していない周縁部は実質的にフランジ部４として機能する。
【００１６】
図１の（Ｃ）に示す予備成形工程では、同図（Ｂ）に示した重ね合わせ板材すなわち内管用重ね合わせ板材１１を内包している外管用重ね合わせ板材１４を素材として用いて、その外管用重ね合わせ板材１４を内管用重ね合わせ板材１１とともに断面略Ｕ字状に折り曲げ成形して予備成形体１７とする。すなわち、略半円状の凹状部１８ａを有するダイ１８とその凹状部１８ａにはまり得る大きさのポンチ１９およびブランクホルダ２０とからなる金型２１を用意し、外管用重ね合わせ板材１４のフランジ部４をダイ１８とブランクホルダ２０とで加圧拘束しつつ、内管用重ね合わせ板材１１を内包している外管用重ね合わせ板材１４をポンチ１９にて凹状部１８ａ側に押し込んで、それらの内管用重ね合わせ板材１１および外管用重ね合わせ板材１４をその凹状部１８ａおよびポンチ１９の形状に合致する形状の予備成形体１７を成形する。
【００１７】
この場合、ポンチ１９の先端面には予め受容凹部１９ａを形成しておくものとし、予備成形体１７の成形末期にその受容凹部１９ａの形状を予備成形体１７の内側に位置することになる一方の内管用板材１２ａおよび外管用板材１５ａに転写させることで、それらの板材１２ａ，１５ａに先行膨出部２２を同時成形する。この先行膨出部２２はもう一方の内管用板材１２ｂとの間に所定の空間Ｒを形成するように成形する。
【００１８】
上記のように内管用重ね合わせ板材１１および外管用重ね合わせ板材１４をもって断面略Ｕ字状の予備成形体１７を成形すると、先行膨出部２２を成形しない場合には、予備成形体１７のうちその内側となる一方の内管用板材１２ａおよび外管用板材１５ａは外側の内管用板材１２ｂおよび外管用板材１５ｂに比べ曲率半径が小さい（周長が板材よりも小さい）ために材料が余り気味となって局部的な増肉を招くおそれがあるが、本実施の形態では予備成形の成形末期に先行膨出部２２を成形することで曲率半径の相違に基づく余肉を吸収して局部的な増肉の発生を未然に防止できることになる。
【００１９】
こうして予備成形体１７が成形されたならば、図２の（Ａ）に示すようにその予備成形体１７を上下型２３，２４からなる金型２５で拘束した上で、その内部に液圧を導入して膨出成形する。上下型２３，２４はそれぞれ半円状の成形面２３ａ，２４ａを有しているものとし、上下型２３，２４同士を型締めした際には成形面２３ａ，２４ａによって真円状もしくは丸穴状の金型面を形成することになる。
【００２０】
より詳しくは、同図に示すように、予備成形体１７を下型２４側の成形面２４ａに密着するようにセットし、上下型２３，２４同士を型締めして予備成形体１７のフランジ部４を加圧拘束する。この状態で、予備成形体１７の内部すなわち内管用板材１２ａ，１２ｂ同士の間に液圧を導入すると、一方の外管用板材１５ｂが下型２４に対しより一層密着するようになるとともに、上型２３に密着していない他方の内管用板材１２ａおよび外管用板材１５ａが積極的に膨出して外管用板材１５ａがやがては上型２３側の成形面２３ａに密着するようになる。
【００２１】
この場合、図１の（Ｃ）に示したように予備成形体１７には予め先行膨出部２２が形成されていて、その予備成形体１７の内部すなわち内管用板材１２ａ，１２ｂ同士の間に予め所定の空間Ｒが確保されていることから、予備成形体１７の内部に液圧を導入するとその先行膨出部２２から膨出が進行して内管用板材１２ａおよび外管用板材１５ａが上型２３の成形面２３ａになじみやすいことから、成形が常に安定したものとなる。そして、以上をもって図２の（Ａ）に示すように特に外管３の直径が不完全膨出状態でありながらも内外管２，３が相互に密着したままの二重管の中間成形体２６が膨出成形される。
【００２２】
ここで、上記のように先行膨出部２２から膨出が進行することを前提とした上で、同図から明らかなように、内管用重ね合わせ板材１１の溶接ビード部１３を含む溶接接合部近傍が完全に伸びきらないうちに、言い換えるならば膨出圧力が内管用重ね合わせ板材１１の溶接ビード部１３を剥離させる方向に加わらないうちに、膨出した一方の内管用板材１２ａが同じく一方の外管用板材１５ａを介して上型２３側の成形面２３ａに当接するように設定しておくものとする。すなわち、内管用重ね合わせ板材１１の溶接ビード部１３を含む溶接接合部近傍での成形が完了する前にそれ以外の内管２の一般部での成形をほぼ完了させ、それより遅れた成形末期に溶接接合部近傍を成形面２３ａ，２４ａに押し付けるように押し潰して、いわゆるヘミング結合部（はぜ折り部もしくははぜ潰し部）のごとき形態で溶接接合部を含む折り返し重合部２７を成形する。
【００２３】
こうすることにより、内管２の一般部（溶接ビード部１３を含む溶接接合部以外の部分）の直径を最大直径とする円内に内管用板材１２ａ，１２ｂ同士の折り返し重合部（正規形状の二重管１が成形された段階で溶接接合部の痕跡として内管２の内部にわずかに突出するものを折り返し重合部という）２７がおさまるような形状の二重管の中間成形体２６、すなわち内部に折り返し重合部２７がわずかに突出しながらも外側にはフランジ部が実質的に付帯しない形状の内管２を有する図２の（Ａ）に示すような断面略円形状の二重管の中間成形体２６が成形される。
【００２４】
こうして二重管の中間成形体２６が成形されたならば、図２の（Ｂ）に示すようにその中間成形体２６を上下型２８，２９からなる別の金型３０に移し替え、同図（Ａ）とほぼ同様の形態でその中間成形体２６を上下型２８，２９で加圧拘束する。上下型２８，２９にはその半円状の成形面２８ａ，２９ａから所定量だけ突出するセクショナルポンチ３１が予め設けられており、中間成形体２６に付帯しているフランジ部４を上下型２８，２９にて挟持しつつその中間成形体２６を加圧拘束すると、各セクショナルポンチ３１が外管３たる外管用板材１５ａ，１５ｂに当接するようになる。これによって、上下型２８，２９の成形面２８ａ，２９ａと外管用板材１５ａ，１５ｂとの間には所定の空間Ｇが確保される。
【００２５】
そして、同図（Ｂ）の状態で内管２内に液圧を導入しつつ同時に内管２と外管用板材１５ａ，１５ｂとの間にも液圧を導入すると、その外管用板材１５ａ，１５ｂが各成形面２８ａ，２９ａに密着するまで膨出し、同時に外管３の一部すなわち折り返し重合部２７から位相が９０度ずれた位置には内管２に当接したままの突起部として長手方向に沿ったビード部５（図３参照）がセクショナルポンチ３１により突出成形される。これにより、図３に示すように内外管２，３ともにほぼ断面円形状をなしていて且つ内外管２，３が互いに独立していながらもその内管２がビード部５をもって外管３に支持された構造の二重管１が成形される。
【００２６】
このような二重管１をエキゾーストマニホールドとして用いた場合、例えば内管２が熱膨張したとしてもその膨張が外管３により拘束されることはないから、内管２の破断や破損を未然に防止できるようになる。
【００２７】
しかも内管２と外管３が相互に独立しているのに加えて、少なくとも内管２にはフランジ部が付帯していないために、その分だけ内管用板材１２ａ，１２ｂのサイズを小さくすることができ、材料歩留まりの向上の上でも有利となる。
【００２８】
その上、先に述べたように膨出圧力が内管２の溶接ビード部１３を剥離させる方向に加わらないうちに、膨出した内管用板材１２ａが外管用板材１５ａを介して上型２３側の成形面２３ａに当接するように考慮してあることから、溶接ビード部１３に負担をかけることがなく、本来の溶接品質を維持できることから、内管２の気密性も良好なものとなる。
【００２９】
また、外管３に一体に成形したビード部５にて内管２を支えているため、内管２と外管３との間の空間の寸法が安定化するするともに、ビード部５があるがために内管２の剛性が高くなり、必要に応じて内管用板材１２ａ，１２ｂの板厚を小さくすることにより、内管２ひいては二重管１の重量軽減の上でも有利となる利点がある。
【００３０】
ここで、ビード部の成形を司る図２のセクショナルポンチ３１の形状を極小化して、そのビード部５Ａを図４のような形態としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、内管用重ね合わせ板材および外管用重ね合わせ板材の製作から予備成形体の成形までの手順を示す工程説明図。
【図２】図１の予備成形体から中間成形体および二重管への成形過程を示す工程説明図。
【図３】一例としてエンジンのエキゾーストマニホールドとして用いられる二重管の構成を示す図で、（Ａ）はその斜視図、（Ｂ）は同図（Ａ）の拡大断面説明図。
【図４】図３の示す二重管の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
１…二重管
２…内管
３…外管
４…フランジ部
５…ビード部（突起部）
１１…内管用重ね合わせ板材
１２ａ，１２ｂ…内管用板材
１３…溶接ビード部
１４…外管用重ね合わせ板材
１５ａ，１５ｂ…外管用板材
１６…溶接ビード部
１７…予備成形体
２２…先行膨出部
２６…中間成形体

Claims (6)

1. 二枚の内管用板材を重ね合わせた上でその周縁部を溶接接合して内管用重ね合わせ板材を製作する工程と、
   上記内管用重ね合わせ板材を内包するように二枚の外管用板材を重ね合わせた上でその周縁部を溶接接合して外管用重ね合わせ板材を製作する工程と、
   外管用重ね合わせ板材を内管用重ね合わせ板材とともに液圧により膨出させて所定断面形状の内管を成形する工程と、
   外管用重ね合わせ板材を液圧により単独で膨出させて所定断面形状の外管を成形する工程と、
   を含むことを特徴とする二重管の製造方法。
2. 上記外管用重ね合わせ板材を製作する際に、内管用重ね合わせ板材の溶接接合部と外管用重ね合わせ板材の溶接接合部とが重ならないように、内管用重ね合わせ板材よりも大きな二枚の外管用板材を重ね合わせた上でその周縁部を溶接接合して外管用重ね合わせ板材を製作することを特徴とする請求項１に記載の二重管の製造方法。
3. 膨出成形に先立って、内管用重ね合わせ板材を内包してなる外管用重ね合わせ板材を断面略Ｕ字状に折り曲げて予備成形体とする工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の二重管の製造方法。
4. 断面略円形状の内管を膨出成形する際に、内管の一般部の直径を最大直径とする円内に内管用板材同士の溶接接合部がおさまるように成形することを特徴とする請求項３に記載の二重管の製造方法。
5. 外管を単独で膨出成形する際に内管側に向かって突出する突起部を同時成形し、この突起部をもって内管を支持することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二重管の製造方法。
6. 予備成形体を成形する際に、内管用板材および外管用板材の一部に先行膨出部を成形することを特徴とする請求項３または４に記載の二重管の製造方法。

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