JP2019115920A - 曲がり管 並びにその製造方法 並びにこの曲がり管を適用した排気管システム - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで提供すべく、出発素材を平板状の金属素材とすることを前提に、素材肉厚の減少を抑えるようにした新規な曲がり管並びにその製造方法並びにこの曲がり管を適用した排気管システムを提供する。【解決手段】 本発明は、適宜の板厚を有する金属板材を出発素材たるワークＷとし、このワークＷを筒状に丸めて曲がり管１を得るものであり、この曲がり管１は、管長手方向において曲がりを有し、この曲がりの内弧曲面ＣＶｉ側に、ワークＷの接合辺Ｗａの接合ラインＳＬが形成されることを特徴とする。また、曲がり管１は、管長手方向の途中において他の部位より小径となる括れ部１１を有するものであり、この括れ部１１に、管体の外側から内側に突出する凹陥部１２が形成され得るものである。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関の排気管等に適用することが適切な曲がり管、並びにその製造方法、並びにこの曲がり管を適用した排気管システムに関するものである。

自動車、自動二輪車をはじめ、工業製品の全般に渡って、高品質を維持するという条件のもと、常にコストダウンに向けた技術的な改良が求められている。このような要請は、例えば内燃機関を原動機とする自動二輪車の排気システムに関しても同様であるが、自動二輪車にあっては、車体サイズも自動車に比べてはるかに小さいこと等から、結果的に非常に狭いスペースを利用して排気管をレイアウトし、且つ近時の排気ガス浄化の高度化にも堪える構造が要求される（例えば特許文献１、２参照）。

具体的には、エンジン周りの空隙部を有効利用すべく排気管を曲がり管とし、且つ触媒ユニットをその内部に収納することから、この収納スペースを確保するだけの管径を確保しなければならない。このような要請に適合したエキゾーストパイプとしては、例えば図１（ｂ）に示すように途中部分が括れ、且つその括れ部で曲がっている形態のものが想定され得る。この場合、パイプの長手方向に幾つかの異なった形状の管要素を複数用意して組み合わせれば、容易に目的形状の製品が得られるものの、製造コストは充分に下げることができなかった。

因みに、このような管体を製造するにあたっては、パイプ材を原素材とせず、金属板材にいわゆるＵ曲げ加工及びＯ曲げ加工を順次施すことにより、金属板材を管状に丸め、曲成することができるものの、上記図１（ｂ）に示すような曲がり部と径違い部を具えた異形形状のものについては、当該部位で、いわゆる肉余り部が出現しがちで、極めて困難なものとして、技術的解決手段への追求はされていない。

なお、曲がり管を金属板材から製造する一般的な手法は、一例として図５に示すように、曲がり管１′の外弧側にシーム部（接合ラインＳＬ）がくるように、Ｕ曲げ工程で内弧側をＵ曲げ底部となるように、且つ側面視で中高状の曲がり状にプレスし（図５（ａ）参照）、しかる後、Ｏ曲げ工程によってＵ字断面開放部を閉じ合わせるようにして管状断面を得ている（図５（ｂ）参照）。結果的に外弧側で接合辺Ｗａをシームするような構造となり、この手法では塑性変形にあたり、素材のほぼ全ての部位が引張変形となり、しわ発生は免れるものの、肉厚の減少が大きく生じがちであり、全ての目的製品に適しているとは言い難かった。

特開２０１５−１９０３８０号公報（特許第６１４７２１９号） 特開２０１７−１６０７９２号公報

本発明は、このような種々の背景を認識してなされたものであって、低コストで曲がり管製品を提供すべく、出発素材を平板状の金属素材とすることを前提に、素材肉厚の減少を抑えることのできる新規な曲がり管、並びにその製造方法、並びにこの曲がり管を適用した排気管システムの開発を課題としたものである。

すなわち請求項１記載の曲がり管は、
適宜の板厚を有する金属板材を出発素材とし、この出発素材を筒状に丸めて管体を構成して成るものであり、
且つこの管体は、管長手方向において曲がりを有し、この曲がりの内弧側に、接合辺の接合ラインが形成されることを特徴として成るものである。

また請求項２記載の曲がり管は、前記請求項１記載の要件に加え、
前記筒状に丸められる金属板材の対向接合辺には、あらかじめ係合突起と係合受入部とが形成され、接合辺の接合時には、係合突起を係合受入部に嵌め入れて接合辺同士の抜け止めが図られることを特徴として成るものである。

また請求項３記載の曲がり管は、前記請求項１または２記載の要件に加え、
前記出発素材を筒状に丸めて成る管体は、途中部位において他の部位より小径となる括れ部を有するものであり、
この括れ部には、管体の外側から内側に突出する凹陥部が形成されることを特徴として成るものである。

また請求項４記載の曲がり管の製造方法は、
適宜の板厚を有する金属板材を出発素材である平板始発ワークとし、このものを塑性変形させて曲がり管を製造する方法であって、
この金属板材は、素材準備工程、外弧予備成形工程、トリミング工程、Ｕ曲げ工程、Ｏ曲げ工程を順次経て、筒状に丸められて所望の曲がり管に形成されるものであり、
前記素材準備工程では、所要形状の平板状の平板始発ワークを得、
次いで外弧予備成形工程では、前記平板始発ワークに対し、外弧予備曲がり突部を形成し、外弧予備成形ワークを得、
次いでトリミング工程では、前記外弧予備成形ワークにおける外弧予備曲がり突部の外周部のうち、曲がり管の管状断面を実現するのに不要なマージン部を除去してブランクワークを得、
次いでＵ曲げ工程では、前記ブランクワークにおける外弧予備曲がり突部周辺の平板部を、管径方向に立ち上げて断面視Ｕ字状に形成し、且つ管長手方向に視て外弧曲面の曲率を持った曲がり状に形成し、Ｕ曲げワークを得、
次いでＯ曲げ工程では、前記Ｕ曲げワークの管径方向両端縁を、内丸め状に変形させて、互いに当接させ、当接線が内弧側に位置した管状断面を有するＯ曲げワークを得て、曲がり管を完成させるものであることを特徴として成るものである。

また請求項５記載の曲がり管の製造方法は、前記請求項４記載の要件に加え、
前記ブランクワークにおいて対向する接合辺には、係合突起と係合受入部とが形成され、接合辺の接合時には、係合突起を係合受入部に嵌め入れて接合辺同士の抜け止めを図るようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項６記載の曲がり管の製造方法は、前記請求項４または５記載の要件に加え、 前記トリミング工程では、完成状態における曲がり管の途中部位において、ブランクワークの管径方向の材料寸法を他の部位よりも短くすることにより、他の部位より小径となった括れ部を出現させるようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項７記載の排気管システムは、
前記請求項１から３のうちいずれか１項に記載された曲がり管における曲がり部を挟んで、その両側に内燃機関用の触媒ユニットが収納されていることを特徴として成るものである。

また請求項８記載の排気管システムは、前記請求項７記載の要件に加え、
前記触媒ユニットが収納されない曲がり管の途中部位に、細径部となる括れ部が形成され、
この括れ部には、曲がり管の外側から管内側に突出する凹陥部が螺旋状に形成されることを特徴として成るものである。

これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
すなわち、請求項１記載の発明によれば、金属板材を筒状に丸めて曲がり管を得るものであり、接合辺の接合ラインが曲がり管の内弧側に形成されるため、外弧側に接合ラインが形成される場合に生じることが多かった肉厚の減少が、本発明では抑えることができる。

また、請求項２または５記載の発明によれば、金属板材において対向する接合辺には、あらかじめ係合突起と係合受入部とが形成され、接合辺の接合時に、係合突起を係合受入部に嵌め入れて接合辺同士の抜け止めを図るため、接合部には特に溶接を施さなくても接合辺を強固に接合することができ、接合後の接合ラインも強固に維持することができる。

また請求項３記載の発明によれば、曲がり管は、途中部位において他の部位より小径となる括れ部を有し、この括れ部に、管体の外側から内側に突出する凹陥部が形成されるため、出発素材を筒状に丸めて行く加工中、括れ部に発生し易い肉余りを凹陥部によって逃がすことができる。このため加工中、金型や素材に掛かる負荷も抑えられ、スムーズな材料流れを促すとともに、括れ部を所望通りの形状に実現することができる（形状実現性の向上）。

また請求項４記載の発明によれば、曲がり管は、平板始発ワークに外弧予備成形加工を施した後、トリミング工程でマージン部を除去し、次いでＵ曲げ加工、Ｏ曲げ加工を施して所望形状に加工される。このため平板始発ワークを丸めて筒状に形成して曲がり管を得るにあたり、接合辺の接合ラインを、管長手方向における曲がりの内弧側に位置させる具体的な手法を現実のものとする。

また請求項６記載の発明によれば、トリミング工程においてはブランクワークの管径方向の材料寸法によって曲がり管の途中部位に括れ部を出現させるため、ブランク取り後のワーク（ブランクワーク）にＵ曲げ加工やＯ曲げ加工を施して管状に丸めて行く際、金型やワークに余計な負荷が掛からず、円滑に括れ部を形成することができる。

また請求項７記載の発明によれば、曲がり管の両端側に触媒ユニットが収納されるため、浄化性能に優れた排気管システムを提供することができる。

また請求項８記載の発明によれば、排気管システムに適用される曲がり管には、括れ部に、管の外側から管内側に突出する凹陥部が螺旋状に形成されるため、排気ガスがここを通過する際、効率的にスワールを発生させることができる。

本発明の曲がり管を排気管として適用した排気消音ユニット（排気管システム）の一例を示す斜視図（ａ）、並びに曲がり管部分を拡大して示す斜視図（ｂ）である。 曲がり管の製造方法を段階的に示す説明図である。 外弧予備曲がり突部が形成されたブランクワーク（トリミング後）を、筒状に丸めて管体（曲がり管）に形成するにあたり、トリミング時に、ワークの対向接合辺に係合突起と係合受入部とを形成した様子を示すブランクワークの斜視図（ａ）、並びにこのブランクワークにＵ曲げ加工やＯ曲げ加工を施すことによって得られる曲がり管を示す斜視図（ｂ）、並びにＵ曲げ加工やＯ曲げ加工によって管体断面（ワーク断面）の形状変化を骨格的に示す正面図（ｃ）である。 ブランクワークの一対の接合辺に形成される係合突起と係合受入部とを平面視状態で拡大して示す説明図（ａ）、並びにワークを丸めるＯ曲げ加工に伴い、一方の接合辺に形成されている係合突起を、もう一方の接合辺に形成されている係合受入部に嵌め込む様子を段階的に示す説明図（ｂ）〜（ｆ）である。 適宜の板厚を有する金属板材を筒状に丸めて曲がり管を形成する従来の製造手法を段階的に示す斜視図であり、曲がり管の外弧側に接合ラインを位置させるようにした様子を示す斜視図である。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に述べるものをその一つとするとともに、更にその技術思想内において改良し得る種々の手法をも含むものである。
なお、説明にあたっては、本発明の曲がり管１を適用して成る排気消音ユニットＵ（排気管システム）についてまず概略的に説明し、その後、本発明の曲がり管１について説明する。もちろん、本発明の曲がり管１は、排気管Ｕ１だけでなく、種々の用途の曲がり管製品として広範囲に適用できる。

本発明の曲がり管１は、一例として図１に示すように、マフラーやエキゾーストパイプ等、排気ガスＧの放出経路を構成する排気消音ユニットＵの外筒を成す排気管Ｕ１として適用され得るものであり、排気消音ユニットＵは、燃焼後エンジンから吐き出された排気ガスＧを、大気中に放出する前に浄化するものである。
また、排気管Ｕ１（曲がり管１）の内部には、触媒ユニット２が固定状態に組み込まれ、このものの流路壁面には、有害物質を低減させる触媒メディア（キャタライザ物質）が付着形成され、排気ガスＧは、触媒ユニット２の内部を通過する間に、この触媒メディアと接触し、浄化される。
なお、排気消音ユニットＵを含め、これらを全体的に排気管システムと称することがある。

また、触媒ユニット２は、排気ガスＧの流れ方向に沿って多数の反応孔を有するハニカムタイプの触媒コア２１と、その外周側に外嵌めされる保持外枠２２とを具える。すなわち、触媒ユニット２は、前後に開口された外筒体としての保持外枠２２の内部に、ハニカムとしての触媒コア２１を設けて成る。
なお、ハニカムタイプの触媒コア２１は、排気ガスＧとの接触面積を極力大きく確保すべく、断面（流路断面）が蜂の巣状に形成される。因みに、このようなハニカムタイプの触媒コア２１を形成するには、例えばまず一枚の平板状金属材からコルゲート加工により波板（流路断面波形を有する波板）を形成し、この波板を別の平板と重ね合わせながら巻回して形成することができる。ここで平板にコルゲート加工を施すのは、セルとしての排ガス流路を形成するためである。
また、上記図１（ａ）では、マフラーとエキゾーストパイプとの双方に（後述する曲がり部１０を挟んで両側に）触媒ユニット２を組み込み、排気ガスＧを二段階で浄化するような形態を示したが、触媒ユニット２を多段状に組み込むこのような形態は、排気ガスＧの浄化性能をより向上させたい場合に採用される構造であり、要求される浄化性能によっては、マフラーまたはエキゾーストパイプに一箇所だけ触媒ユニット２を組み込むことが可能である。

次に、保持外枠２２について説明する。
保持外枠２２は、一例として図１（ａ）に示すように、触媒コア２１に外接するコア掴み部２２１と、曲がり管１（排気管Ｕ１）に内接する内嵌め部２２２とを具え、このコア掴み部２２１と内嵌め部２２２とは、互いの径において内嵌め部２２２が大径となるように断面視段差状に形成される。すなわち、保持外枠２２は、コア掴み部２２１を有することで、このものに内挿した触媒コア２１を強固に保持するものであり、且つ内嵌め部２２２を有することで、保持外枠２２（触媒コア２１を内嵌めした保持外枠２２）を確実に排気管Ｕ１内に固定することができ、全体的に段差を有した外筒体として形成される。

ここでコア掴み部２２１と内嵌め部２２２との配置は、一例として図１（ａ）に示すように、小径のコア掴み部２２１の両側に、大径の内嵌め部２２２が位置するような配置となり、一つの触媒ユニット２について視ると、内嵌め部２２２−コア掴み部２２１−内嵌め部２２２という並びで形成される。この場合、保持外枠２２の中央部（軸方向中央部）で、曲がり管１（排気管Ｕ１）とのスキ（空間）が形成され、その両端部で曲がり管１と接触する状態となる。

次に、曲がり管１について説明する。
曲がり管１は、一例として図１に示すように、管長手方向すなわち排気ガスＧの流れ方向において曲がり（カーブ）を描くように形成されるものであり、そのカーブの外側（外弧側）部分を外弧曲面ＣＶｏと称する一方、カーブの内側（内弧側）部分を内弧曲面ＣＶｉと称する。
なお、管長手方向における曲がりと、本明細書に記載する「曲がり部１０」とは多少異なるものであり、以下、これについて説明する。例えば曲がり管１が「く」の字状の曲がり有している場合、「く」の字の屈曲点に相当する部位が「曲がり部１０」となる。これに対し、管長手方向において全体的に形成される曲がり（カーブ）曲線を「管長手方向における曲がり」としている。

また曲がり管１は、管本体の途中部位（ここではほぼ中央部）に、他の部位よりも小径（細径）となる括れ部１１が形成される。このため本実施例では、曲がり部１０を有する部位で同時に括れ部１１も有することになる。
また、この括れ部１１には、一例として図２（ｅ）等に示すように、管体の外側から内側に突出する凹陥部１２が形成される。
この凹陥部１２は、例えば管内面に沿って螺旋状に形成され、これにより効率的にスワールを発生させるものである。もちろん、曲がり管１を排気管Ｕ１として適用しない場合には、このようなスワール発生の効果はないが、このような場合であっても、括れ部１１（曲がり部１０）に凹陥部１２を形成することは好ましく、これにより当該部位における肉余り（加工による肉余り）を吸収する効果を奏する。
因みに、上記図２（ｅ）に拡大して示す凹陥部１２は、完成状態の曲がり管１の開口端部から管路内を覗き込んだ状態で図示したものである。

また、このような曲がり管１は、適宜の板厚を有する金属素材を、プレス金型を用いた塑性加工によって、筒状（管状）に丸めるようにして得るものであり、そのため曲がり管１において接合される両端縁（接合辺Ｗａ）には、一例として図１（ｂ）に示すような係合突起４と係合受入部５とが形成され、両端縁の接合時には、係合突起４を係合受入部５に嵌め入れて接合辺同士の抜け止めを図るようにしている。
ここで図中符号ＳＬは、完成状態の曲がり管１において一対の接合辺Ｗａが接合された接合ラインを示すものであり、この接合ラインＳＬを、曲がり管１の内弧側に位置させることが本発明に係る曲がり管１の大きな特徴である。

次に、上記のような曲がり管１の製造方法の一例について説明する。
曲がり管１は、一例として図２に示すように、ほぼ一定の板厚を有する金属材を出発素材とし（これを平板始発ワークＷ１とする）、この平板始発ワークＷ１を管状（筒状）に丸めるように塑性形成させて、管状断面を有する曲がり管１に形成するものである。
具体的には、図２（ａ）に示す素材準備工程、図２（ｂ）に示す外弧予備成形工程、図２（ｃ）に示すトリミング工程、接合部予備曲げ工程、図２（ｄ）に示すＵ曲げ工程、図２（ｅ）に示すＯ曲げ工程を順次経て、完成状態の曲がり管１を得る。ここでワークＷたる金属板材は、上述した種々の工程を経ることによって、次第に形状が変化して行くものであり、このため上記工程を経る毎にワークＷを区別したい場合には、各ワークにＷ１、Ｗ２、…と末尾符号を付して区別するものである（各ワークの名称については後述する）。
なおトリミング工程では、ワークＷ（後述のブランクワークＷ３）において対向する接合辺Ｗａに、一例として図３（ａ）・図４（ａ）に示すように、係合突起４と係合受入部５とが併せて形成され（トリミングのカットと併せて形成され）、上記Ｏ曲げ工程において、係合突起４を係合受入部５に嵌め入れて接合辺同士の抜け止めを図るものである。これにより接合辺Ｗａを溶接する必要がないパイプ材（鋼管）としての無溶接シームパイプが得られる。
以下、各工程について説明する。

（１）素材準備工程
素材準備工程は、一例として図２（ａ）に示すように、所要形状の平板始発ワークＷ１を得る工程である。ここで上記図２（ａ）では、平板始発ワークＷ１として平面視矩形状（長方形状）のワークＷを図示したが、後に行うトリミング工程で不要部であるマージン部Ｍを除去するため、平板始発ワークＷ１としては、必ずしも矩形状である必要はない。

（２）外弧予備成形工程
外弧予備成形工程は、一例として図２（ｂ）に示すように、上記平板始発ワークＷ１に対し、外弧予備曲がり突部１５を形成し、外弧予備成形ワークＷ２を得る工程である。ここで外弧予備曲がり突部１５は、製品状態の曲がり管１に形成される外弧曲面ＣＶｏを、より高い精度で実現するために、平板始発ワークＷ１に事前に付与される略半円筒形状であり（ここでは曲がり管１の中央部が半円形断面となるように形成）、これは管長手方向にわたって外弧側に突出する凸形状として形成される。なお、外弧予備曲がり突部１５は、完成状態の曲がり管１（排気管Ｕ１）の内側から視れば、凹み状を呈するが、当該部位はあくまでも外弧曲面ＣＶｏを忠実に再現するためのものであるため、名称も「突部」と称したものである。
また、外弧予備曲がり突部１５が形成された外弧予備成形ワークＷ２は、ワーク周囲の各辺が中央側（外弧予備曲がり突部１５）に引っ張られたような形状を呈するものであり、特にここでは係合突起４と係合受入部５とが形成される一対の接合辺Ｗａが、もう一組の辺同士よりも大きく中央側（外弧予備曲がり突部１５）に引っ張られた状態となる。

（３）トリミング工程
トリミング工程は、一例として図２（ｃ）に示すように、前記外弧予備成形ワークＷ２における外弧予備曲がり突部１５の外周部のうち、曲がり管１の管状断面を実現するのに不要な部位（これをマージン部Ｍとする）を切除してブランクワークＷ３を得る工程である。すなわち、マージン部Ｍの除去にあたり、ブランクワークＷ３の外輪郭設定（マージン部Ｍの内輪郭設定）においては、切除後のブランクワークＷ３において、このものの対向する接合辺Ｗａが管状に丸められた際、所望の曲がり管１が実現できる形状や寸法に設定される。
なお、ブランクワークＷ３においては接合辺Ｗａを形成する部位（外弧予備曲がり突部１５の左右両側にウイング状に突出する部位）が、平板状を呈し、ここを平板部１６と称するものであり、以降の曲げ加工では、この平板部１６が管状断面を形成するように段階的に丸められて行く。

また、このトリミング工程では、完成状態における曲がり管１の中央部において、ブランクワークＷ３の管径方向の材料寸法が他の部位よりも短く設定され、当該部位で他の部位より小径となる括れ部１１を出現させるようにしている。
因みに、このようなトリミング（打ち抜き）は、一般的なプレス加工によって行われるが、トリミング形状すなわちブランクワークＷ３の平面視形状が複雑である場合には、レーザー加工等による切り出しを行っても構わない。

また、トリミング工程では、一例として図３（ａ）に示すように、ブランクワークＷ３において対向する接合辺Ｗａに、係合突起４と係合受入部５とが形成されるものであり（図２（ｃ）では図示略）、この詳細については後述する。因みに、本実施例では、接合辺Ｗａを構成する一方の辺に係合突起４を一例として五カ所形成し、且つこれに対向するもう一方の接合辺Ｗａに係合受入部５を一例として五カ所形成したものである（図１（ｂ）・図３（ｂ）参照）。

そして、このようにして得られたブランクワークＷ３に対し、例えば図３（ｃ）に示すように、接合部予備曲げ加工（図中の(1) の加工）、Ｕ曲げ加工（図中の(2) の加工）、Ｏ曲げ加工（図中の(3) の加工）を施して、図３（ｂ）に示すような曲がり管１を得るものである。以下、ブランクワークＷ３において一対の接合変Ｗａに形成される係合突起４と係合受入部５の形状（一例）や各曲げ加工について詳細に説明する。

上記のような無溶接シームパイプ（曲がり管１）を得るには、例えば図３（ａ）、（ｂ）・図４（ａ）に示すように、接合辺Ｗａにおいて、対向する部位に係合突起４とそれに対応した形状の係合受入部５とを形成する。ここで係合突起４は、一例として接合辺Ｗａから突出した先拡がり状に分かれた二又状の突片４１を具えた形状を有する。そしてこの二又状の突片４１の接合辺Ｗａ側、すなわち係合基部４２近くに抜け止め括れ部４３を具えることにより、結果的に突片４１は先拡がり状の二又状を成すように形成される。また突片４１は二又状に形成されることに伴い、結果的に一対の突片４１の間に切り欠き状の変形許容部４４が形成される。更にこの係合突起４は、製造する際の種々の作用を奏するために、最も幅広状の突起広幅部４５に対し、それより先端外側に滑らかな円弧状の係合誘導面４６を具え、更にその先端部を係合先端部４７とする。そして変形許容部４４の部位における係合突起４の面を変形戻り面４８としている。

一方、係合受入部５は平面視で前記係合突起４と同じような形状を有した切り欠き状に形成され、同様に接合辺Ｗａから奥へ向かって二又状に切り欠かれた受入切り欠き５１を具える。
そして接合辺Ｗａの近くの受入開始部５２が、接合辺Ｗａから奥部に向かってやや窄まるような傾斜状に形成され、更にその受入開始部５２の奥部側が括れ状に形成され、ここを抜け止め塞ぎ部５３とする。一方、係合受入部５の最奥部中央からは接合辺Ｗａ側に向けて変形戻し部５４が設けられる。そして係合受入部５は、その最も奥部寄りに受入確保面５６を形成するとともに、更に係合受入部５の最奥部を受入奥部５７とする。また突起状の変形戻し部５４の外周面を変形戻し面５８とする。そして曲がり管１としてのパイプ完成形態において、平面視形状をほぼ同じ形状とする係合突起４と係合受入部５とが噛み合い状態に組み合わされて完成状態を呈している。なおこのような噛み合い状態に組み合わされる構造は、建築業界においては「鎌継ぎ」等と呼ばれている。

係合突起４及び係合受入部５としては、以上のような形状が採り得、以下、この形状に基づいた曲がり管１（無溶接シームパイプ）の製造方法について説明する。
曲がり管１を製造するにあたっては、上述したように、トリミング工程を終えたブランクワークＷ３に対し、接合部予備曲げ加工、Ｕ曲げ加工、Ｏ曲げ加工を順次施すものであり、係合突起４と係合受入部５との接合は、Ｏ曲げ加工において併せて行われる。
以下、各曲げ工程について説明する。

（４）接合部予備曲げ工程
接合部予備曲げ工程は、一例として図３（ｃ）の(1) に示すように、接合辺Ｗａを強固に接合するために、主に接合辺Ｗａ部分に施す予備的な曲げ加工であり、より詳細には、ワークＷを最終的にＯ曲げ加工した際に、接合部がスプリングバック等の影響によってパイプ状の管状断面にならない状態が生じがちなことを考慮して、完成したパイプ（曲がり管１）が円弧断面を描くように接合辺Ｗａの近くの部位のみに予めアール加工を施すものである。
そして、当該加工により接合辺Ｗａに溶接等を施さなくても、これらを確実に且つ強固に接合できるものである。ここで、上記接合部予備曲げ工程を終えたワークＷを接合部予備曲げワークＷ４とする。

なお、上記接合部予備曲げ工程、Ｕ曲げ工程、Ｏ曲げ工程などの曲げ工程では、成形形状に合った上型あるいは下型によりプレス加工するものであり、金型自体はその形状を再現するような形状に形成されるため、金型についての説明は省略する。もちろん、これは上記外弧予備成形工程やトリミング工程においても同様である。
因みに、上記説明では金型に関し、上型・下型と称したが、これは一般に用いられている名称を踏襲（使用）したものであり、実際の金型配置としては、斜め配置や水平配置とすることは何ら構わない。

（５）Ｕ曲げ工程
Ｕ曲げ工程は、一例として図２（ｄ）・図３（ｃ）の(2) に示すように、前記接合部予備曲げワークＷ４において外弧予備曲がり突部１５の左右に形成された平板部１６を、管径方向に立ち上げて断面視Ｕ字状に形成する工程である。すなわち、接合部予備曲げワークＷ４は、外弧側に突出する外弧予備曲がり突部１５の両端側に、ほぼ水平に張り出す平板部１６を有する形態を採っており、この平板部１６を図２（ｄ）・図３（ｃ）の(2) に示すように断面Ｕ字状に形成するのがＵ曲げ工程である。
また、このＵ曲げ工程では、接合部予備曲げワークＷ４を管長手方向に視て外弧曲面ＣＶｏの曲率を持った曲がり状に形成するものであり、当該加工によって、Ｕ字状断面を有し、且つ管長手方向における曲がりも有したワークＷを形成するものであり、これがＵ曲げワークＷ５である。
なお、本実施例では、当該Ｕ曲げ工程で、上記括れ部１１の凹陥部１２についても併せて加工を行うようにしている。

（６）Ｏ曲げ工程
Ｏ曲げ工程は、一例として図２（ｅ）・図３（ｃ）の(3) に示すように、前記Ｕ曲げワークＷ５の管径方向両端縁（接合辺Ｗａ）を、内丸め状に変形させて、互いに当接させる工程であり、これにより接合辺Ｗａの接合ラインＳＬが、曲がり管１の内弧側に位置するものである。そして、当該工程によって、ワークＷは、管状断面を有するＯ曲げワークＷ６となり、これが完成製品としての曲がり管１である。

なお、図２に示す実施例では、括れ部１１の凹陥部１２については、上記Ｕ曲げ工程〜Ｏ曲げ工程までの間で所望形状に完成させるように図示したが、凹陥部１２の凹凸具合等によっては、もっと早い段階、例えば外弧予備成形工程から凹陥部１２を徐々に形成して行き、Ｏ曲げ工程で完成させるようにすることも可能である。

また、上述した説明においては、トリミング工程後のブランクワークＷ３に、接合部予備曲げ加工を施してから、この接合部予備曲げワークＷ４にＵ曲げ加工を施す形態を基本的に説明したが、接合部予備曲げ工程は、係合突起４及び係合受入部５の形状等によっては省略することもでき、そのため図２では接合部予備曲げ工程を省略したものである。

（７) 係合作用
そして、上記Ｏ曲げ工程においては、上述したように互いに接近する係合突起４と係合受入部５とに係合作用を及ぼし、接合辺Ｗａ同士を強固に係合するものであり、以下この係合態様について説明する。
（７-a）係合開始時
Ｏ曲げ加工が進むと、一例として図４（ｂ）に示すように、まず接合辺Ｗａにおいて互いに対向的に設けられている係合突起４と係合受入部５とが接触する。この接触開始時にあっては、係合突起４において二又状に分かれた各突片４１の係合先端部４７からやや外側に寄った範囲の円弧状の係合誘導面４６が係合受入部５における受入開始部５２に接触する。
また係合突起４における円弧状の係合誘導面４６と、内窄まり状に傾斜している受入開始部５２との傾斜案内により、更には変形許容部４４が切り欠き状に形成されていること等から、図４（ｃ）に示すように突片４１同士が接近するように変形する。

（７-b) 係合誘導時
このような状態で係合突起４が係合受入部５に対して相対的に進入するような形態を続けた後、一例として図４（ｄ）に示すように、一対の突片４１が瞬間的に撓んで接近し、括れ状に形成された抜け止め塞ぎ部５３間をあたかもすり抜けるように変形して受入切り欠き５１内に進入するようになる。
このとき、瞬間的に寄り合うように撓んだ一対の突片４１は、受入切り欠き５１が二又状の奥拡がり状になっていることから、それに従ってスプリングバックにより元の形状に復帰しようとしながら進入を続ける。
この状態で更に進入すると図４（ｅ）に示すように、一対の突片４１が接近していることにより幅狭となっている変形許容部４４が、係合受入部５における変形戻し部５４に当接する。そして更にこの動きを進めて次の係合完了時の状態に至る。

（７-c) 係合完了時
係合完了時の状態は、図４（ｆ）に示すように、前記係合誘導時の動きを受けて突片４１が受入切り欠き５１内に進入する状態であり、最終的に進入が完了した時点で、突起状の変形戻し部５４が係合突起４における変形許容部４４に密に係合した状態となる。結果的に突片４１は元の状態に押し広げられるようになって、係合突起４と係合受入部５との係合が完了する。
この係合完了状態では、係合突起４の抜け止め括れ部４３を、係合受入部５における抜け止め塞ぎ部５３が押さえ込むようになり、いわゆる鎌継ぎ構造が形成されて抜け止めが確実に図られる。

なお、上述したような金属板材を丸めて無溶接シームパイプを形成する手法の詳細については、本出願人が既に特許出願に及んでいる特願２０１６−７５４１６を援用・踏襲するものである。
また、接合辺Ｗａにおいて係合突起４と係合受入部５の存在しない部分には、金属素材の一部を潰して重なり部を形成し、これを重合させて接合辺Ｗａの接合の強化を図ることが可能であり、このような重なり部についても上記特願２０１６−７５４１６に記載された「重なりシーム部」を援用・踏襲する。

以上のような手法によって、金属板材を出発素材としながらもパイプ材が得られるものであり、しかも接合辺Ｗａには溶接を施すことなく、突き合わせ作用のみで接合辺Ｗａ同士を強固に接合した無溶接シームパイプ（曲がり管１）が得られるものである。
なお、接合辺Ｗａを溶接する場合には、溶接の品質の信頼性が、完成品としてパイプ材の本質的な問題となることが多い。すなわち、溶接は、一見、外観的には良好に行えたように見えても、内部まで確実に溶着されているかは不明瞭なことがあり、完成品（溶接品）の不良率を抑えるには高い技術が要求され、その分、コストとしても上昇する傾向にあった。
このようなことから、従来、金属板材を丸めてパイプ材を得るにあたっては、端縁部には溶接、とりわけ高精度に溶接を施すことが求められていたが、上記手法であれば、特に溶接を施さなくても、金属板材をＯ字状に丸める際のＯ曲げ加工時に、継ぎ目となる接合辺Ｗａの接合が併せて行える点で極めて優れている。

また、溶接を行うことなくワークＷの接合辺Ｗａが接合できるため、溶接工程の削減化ひいてはパイプ材の製造工程の簡略化を達成することができる。もちろん、従来、溶接の際に発生することがあった溶接不良（接合不良）も完全に無くすことができる。
更にまた、単にパイプ材を得るだけなら、既に市販されているものを購入する、あるいは長尺状のパイプ材を購入し、このものから所望の長さに切り出して得ること等も考えられるが、このような場合には、既にパイプ状に形成された既製品が高価であることも多く（特に海外の場合）、そのため金属板材から無溶接シームパイプが得られる上記手法（しかも端縁部の接合に溶接を要することがない）は、極めて安価にパイプ材を得ることができる点でも多大な効果を奏する。

Ｕ 排気消音ユニット
Ｕ１ 排気管
１ 曲がり管
２ 触媒ユニット
２１ 触媒コア
２２ 保持外枠
４ 係合突起
５ 係合受入部

１ 曲がり管
１０ 曲がり部
１１ 括れ部
１２ 凹陥部
１５ 外弧予備曲がり突部
１６ 平板部
ＣＶｏ 外弧曲面
ＣＶｉ 内弧曲面
Ｍ マージン部

２２ 保持外枠
２２１ コア掴み部（小径）
２２２ 内嵌め部（大径）

４ 係合突起
４１ 突片
４２ 係合基部
４３ 抜け止め括れ部
４４ 変形許容部
４５ 突起広幅部
４６ 係合誘導面
４７ 係合先端部
４８ 変形戻り面

５ 係合受入部
５１ 受入切り欠き
５２ 受入開始部
５３ 抜け止め塞ぎ部
５４ 変形戻し部
５６ 受入確保面
５７ 受入奥部
５８ 変形戻し面

Ｇ 排気ガス

Ｗ ワーク
Ｗａ 接合辺
Ｗ１ 平板始発ワーク
Ｗ２ 外弧予備成形ワーク
Ｗ３ ブランクワーク
Ｗ４ 接合部予備曲げワーク
Ｗ５ Ｕ曲げワーク
Ｗ６ Ｏ曲げワーク
ＳＬ 接合ライン

Claims (8)

1. 適宜の板厚を有する金属板材を出発素材とし、この出発素材を筒状に丸めて管体を構成して成るものであり、
   且つこの管体は、管長手方向において曲がりを有し、この曲がりの内弧側に、接合辺の接合ラインが形成されることを特徴とする曲がり管。
   
   
2. 前記筒状に丸められる金属板材の対向接合辺には、あらかじめ係合突起と係合受入部とが形成され、接合辺の接合時には、係合突起を係合受入部に嵌め入れて接合辺同士の抜け止めが図られることを特徴とする請求項１記載の曲がり管。
   
   
3. 前記出発素材を筒状に丸めて成る管体は、途中部位において他の部位より小径となる括れ部を有するものであり、
   この括れ部には、管体の外側から内側に突出する凹陥部が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の曲がり管。
   
   
4. 適宜の板厚を有する金属板材を出発素材である平板始発ワークとし、このものを塑性変形させて曲がり管を製造する方法であって、
   この金属板材は、素材準備工程、外弧予備成形工程、トリミング工程、Ｕ曲げ工程、Ｏ曲げ工程を順次経て、筒状に丸められて所望の曲がり管に形成されるものであり、
   前記素材準備工程では、所要形状の平板状の平板始発ワークを得、
   次いで外弧予備成形工程では、前記平板始発ワークに対し、外弧予備曲がり突部を形成し、外弧予備成形ワークを得、
   次いでトリミング工程では、前記外弧予備成形ワークにおける外弧予備曲がり突部の外周部のうち、曲がり管の管状断面を実現するのに不要なマージン部を除去してブランクワークを得、
   次いでＵ曲げ工程では、前記ブランクワークにおける外弧予備曲がり突部周辺の平板部を、管径方向に立ち上げて断面視Ｕ字状に形成し、且つ管長手方向に視て外弧曲面の曲率を持った曲がり状に形成し、Ｕ曲げワークを得、
   次いでＯ曲げ工程では、前記Ｕ曲げワークの管径方向両端縁を、内丸め状に変形させて、互いに当接させ、当接線が内弧側に位置した管状断面を有するＯ曲げワークを得て、曲がり管を完成させるものであることを特徴とする曲がり管の製造方法。
   
   
5. 前記ブランクワークにおいて対向する接合辺には、係合突起と係合受入部とが形成され、接合辺の接合時には、係合突起を係合受入部に嵌め入れて接合辺同士の抜け止めを図るようにしたことを特徴とする請求項４記載の曲がり管の製造方法。
   
   
6. 前記トリミング工程では、完成状態における曲がり管の途中部位において、ブランクワークの管径方向の材料寸法を他の部位よりも短くすることにより、他の部位より小径となった括れ部を出現させるようにしたことを特徴とする請求項４または５記載の曲がり管の製造方法。
   
   
7. 前記請求項１から３のうちいずれか１項に記載された曲がり管における曲がり部を挟んで、その両側に内燃機関用の触媒ユニットが収納されていることを特徴とする、曲がり管を適用した排気管システム。
   
   
8. 前記触媒ユニットが収納されない曲がり管の途中部位に、細径部となる括れ部が形成され、
   この括れ部には、曲がり管の外側から管内側に突出する凹陥部が螺旋状に形成されることを特徴とする請求項７記載の、曲がり管を適用した排気管システム。

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