JP2020032446A

JP2020032446A - 管の拡径方法

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Publication number: JP2020032446A
Application number: JP2018161482A
Authority: JP
Inventors: 善宏石川; Yoshihiro Ishikawa; 恵輔岸川; Keisuke Kishikawa
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-05

Abstract

【課題】加工工程が少なく、軸芯に対して傾斜する管の端面を略直線状に形成するとともに、管の端部を拡径し、かつ、その軸芯を偏芯する管の拡径方法を提供する。【解決手段】第１のパンチ１１の挿入により拡径するとともに、拡径された部分の軸芯が、素管の軸芯に対して偏芯する工程と、この工程の後に、第２のパンチ２２の挿入により拡径するとともに、拡径された部分の軸芯が、第１のパンチ１１の挿入により拡径された部分の軸芯に対して偏芯する工程を有し、第１のパンチ１１における拡径部１３の横断面形状は、ベース円形状１４の一部の形状からなる円弧部１５と、ベース円形状１４よりも外側に突出する凸部１６と、凸部１６の両側で、かつ、凸部１６と円弧部１５との間に設けられるとともに、ベース円形状１４よりも内側に位置する凹部１７を有し、第２のパンチ２２における拡径部２５の横断面形状を、ベース円形状１４よりも大径の円状に形成した。【選択図】図３

Description

本発明は、管の拡径方法に関する。

自動車等の車両には、内燃機関の排気騒音を低減するための消音器が搭載されている。この消音器は、上流にある内燃機関から排出された排気ガスを消音室に導入する排気導入管と、消音室から外部へと排出させる排気導出管を有している。

近年、この排気導出管として管状のパイプが多く使用され、その下流側端面は、上流側から下流側に向かうほど上方に位置するテーパ状に形成加工されることがある。また、気流音対策として、排気導出管の下流側端部を拡径加工するとともに、車両の最低地上高などの観点から、拡径部の中心軸が、排気導出管におけるその他の部分の中心軸よりも上方に偏芯するように加工されることもある。

排気導出管の下流側端部を、斜めに切断するとともに、端部を拡径し、かつ、上方に偏芯する加工方法として、排気導出管の下流側端部を、偏芯させ、かつ、拡径加工した後に、端部を斜めに切断加工する加工方法が考えられる。しかし、この加工方法では、管の拡径時に、その拡径する際の塑性変形により、拡径後の管の端部が加工硬化するため、その後、斜めに切断加工するとバリが生じやすくなる。この生じたバリを除くなどの後処理が必要となり、製造コストが高くなるという問題が生じる。

また、上記加工方法に対し、その加工順序を入れ変え、排気導出管の下流側端部を、斜めに切断加工した後に、偏芯させて拡径加工を行う加工方法が考えられる。

例えば、図１１に示すように、端部１０１ａを、上方ほど軸方向の外側に位置するように斜めに切断加工した円管１０１に、円筒状の拡径部１０２を有する第１のパンチ１０３を、拡径部１０２の軸芯が、管１０１の軸芯に対して、上方に偏芯するように挿入して、偏芯拡径した第１の中間素材１０８を得た後に、図１２に示すように、第１の中間素材１０８に、第１のパンチ１０３の拡径部１０２の外径より大きな外径の拡径部１０４を有する第２のパンチ１０５を、拡径部１０４の軸芯が、管１０１の軸芯に対して上方に偏芯するように挿入して、偏芯拡径した形成管１１０を得ることが考えられる。

このような加工方法においては、第１のパンチ１０３の拡径部１０２により、管１０１を全周において均一に拡径するとともに、拡径部１０２の軸芯が、管１０１の軸芯に対して、図１１の上方に偏芯していることで、管１０１における上部（頂部）の拡径量が最大となるが、変形量自体が小さいため、第１の中間素材１０８の端面は、図１２に示すように直線状に保つことができる。

しかし、第１の中間素材１０８を、第２のパンチ１０５で拡径する際は、管１０１と、第１の中間素材１０８と、形成管１１０の内径の関係を示す図１４から明らかなように、第１の中間素材１０８の頂部１０９近傍で、拡径量が最大となるとともに、１回目の拡径により頂部１０９近傍での余肉が少なくなっているため、頂部１０９近傍は、頂部１０９近傍以外のパイプ端面の母材を用いて拡径され、拡径後の管１１０の端面１１０ａが、図１３に示すように、その上下方向の中央部分が、上流側（本体部側）に位置するように弓なり形状のひけとなってしまい、直線状とはならないという問題が生じる。

このひけが生ぜず管を拡径する方法として、斜めに切断加工した素管に、素管の軸芯と同軸となるように拡径部を挿入して拡径させた後に、直管部の管軸から、管端開口部の管軸方向の最長の方向に偏芯して位置された偏芯パンチを、管の拡径された部分に押し込み、挿入部分の軸芯を、挿入前の軸芯に対して偏芯させる方法が知られている（特許文献１参照）。

特許第４３６３５８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の管の拡径方法では、最終加工後に得られる管の端部の端面は、管の中心軸に対して直交する形状となるため、その後、斜めに切断加工をする必要があり、加工工程が増えてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、管の端面が中心軸に対して斜めに位置する形状において、その端面が略直線状となるとともに、特許文献１記載の管の拡径方法よりも加工工程が少ない管の拡径方法を提案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、本発明は、断面が円形の素管における一方の端部を、その軸芯に対して斜めとなるように切断した後に、その切断側端部を、拡径するとともに、その軸芯を、前記素管の軸芯に対して偏芯させる管の拡径方法であって、
少なくとも、第１のパンチの挿入により拡径するとともに、拡径された部分の軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯する工程と、
この工程の後に、第２のパンチの挿入により拡径するとともに、拡径された部分の軸芯が、前記第１のパンチの挿入により拡径された部分の軸芯に対して偏芯する工程を有し、
前記第２のパンチにより拡径された部分の軸芯が、前記第１のパンチの挿入により拡径された部分の軸芯に対して偏芯する方向と、前記第１のパンチにより拡径された部分の軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯する方向を同じとし、
前記第１のパンチにおいて、前記第１のパンチの挿入により拡径された部分を形成する拡径部におけるその軸芯と直交する断面形状は、
前記素管における断面の内面形状を所定の倍率で拡大したベース円形状の一部の形状からなる円弧部と、
ベース円形状の中心軸を中心として、前記円弧部と対向する位置に形成され、かつ、前記ベース円形状よりも外側に突出する凸部と、
該凸部の両側で、かつ、前記凸部と前記円弧部との間に設けられるとともに、前記ベース円形状よりも内側に位置する凹部を有し、
前記第２のパンチにおいて、前記第２のパンチの挿入により拡径された部分を形成する拡径部におけるその軸芯と直交する断面形状を、前記ベース円形状よりも大径の円状に形成したことを特徴とする管の拡径方法である。

また、前記第１のパンチを用いる工程において、第１のパンチにおける拡径部の軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯するように挿入し、
前記第２のパンチを用いる工程において、第２のパンチの軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯するように挿入するようにしてもよい。

本発明は、素管における内面の断面形状を所定の倍率で拡大したベース円形状の一部の形状からなる円弧部と、円弧部と対向する位置に形成され、かつ、ベース円形状よりも外側に突出する凸部と、凸部の両側で、かつ、凸部と円弧部との間に設けられるとともに、前記ベース円形状よりも内側に位置する凹部を有する拡径部を備えた第１のパンチを、素管の端部を斜めに切断した側から挿入することにより拡径するとともに、拡径された部分の軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯するようにしたことにより、拡径後の管の端部は、外側方向にはみ出しが生じる。

次に、ベース円形状よりも大径の円状に形成した拡径部を備える第２のパンチを挿入して拡径することにより、外側にはみ出した母材を利用して拡径するため、拡径後の端部は略直線状に形成することができる。そのため、その後、再度斜めに切断する必要がなく、特許文献１記載の管の拡径方法よりも少ない工程で管を拡径するとともに、軸芯を偏芯させることができる。

本発明の実施例に係る管の拡径方法を用いて製造した管の側面図。本発明の実施例に用いる第１中間素材の側面図。図２に示す第１中間素材に第１パンチを挿入する前の側面図。図３に示す状態の後に得た第２中間素材の側面図。図３のＣ−Ｃ線断面図で、第１パンチの拡径部の形状の説明図。本発明の実施例に用いる第１のパンチの斜視図。第１中間素材の内周面形状と第２中間素材の大径部の内周面形状との関係を示す図。図４に示す第２中間素材に第２パンチを挿入する前の側面図。第２中間素材の拡径部の内周面形状と、図１に示す管の大径部の内周面形状と、第１中間素材の内周面形状との関係を示す図。図８のＤ−Ｄ線断面図。従来技術において、斜めに切断加工した管に第１のパンチを挿入する前の側面図。図１１の状態から、第１のパンチにより拡径した管に、第２のパンチを挿入する前の側面図。図１２の状態から、第２のパンチにより拡径した後の管の側面図。従来技術において、拡径前の管と、第１の中間素材と、製造した管の内周面形状の関係を示す図。

本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る管の拡径方法を用いて製造した管１の側面図を示す。

管１は、横断面が円形の小径部２と、小径部２の外径より大径の外径で、かつ、横断面が円形の大径部３と、小径部２と大径部３との間に小径部２から大径部３に向かうほど徐々に拡径する拡径部４を有する。

大径部３の外側端面（一方の端面）３ａは、大径部３の軸芯Ｘ_１−Ｘ_１に対して傾斜するように形成され、この端面３ａにおいて、軸芯Ｘ_１−Ｘ_１方向において、最も外側に位置する部分を頂部５とする。また、以下において、頂部５側（図１の上側）を上側Ａ、反対側を下側Ｂとして説明する。

また、図１に示すように、大径部３の軸芯Ｘ_１−Ｘ_１は、小径部２の軸芯Ｘ_２−Ｘ_２に対して、頂部５側に偏芯するように形成され、大径部３の下端と小径部２の下端は、図１に示すように、略同一直線上に位置するように形成されている。

管１は、自動車等の車両などにおいて、その排気ガスが流通する排気管の端部等に用いることができる。

次に、この管１の製造方法について説明する。

先ず、図２に示すように、軸芯Ｘ−Ｘ方向全体に亘って略同じ径で構成した円筒状の素管における一方の端部を、その軸芯Ｘ−Ｘに対して傾斜するように直線状に切断し、第１中間素材１０を形成する。第１中間素材１０における一方の端面１０ａにおいて、軸芯Ｘ−Ｘ方向の最も外側に位置する部分が頂部１０ｂとなる。

次に、図３に示すように、第１中間素材１０を、図示しない固定冶具に固定した後に、斜めに切断された一方の端面１０ａ側から第１のパンチ１１を挿入して、図４に示す第２中間素材２０を形成する。

この第１のパンチ１１について詳述する。

図３に示すように、第１のパンチ１１における第１中間素材１０への挿入側部には、挿入部１２が形成され、挿入部１２の挿入側端（前側端）１２ａにおける外径は、第１中間素材１０の内径より小さく形成され、挿入側とは反対側の奥側に行くほど徐々に拡径され、挿入部１２の中間部から奥側部の外径は、略同じ径で形成されるとともに、第１中間素材１０の内径と略同じか若干小さく設定されている。この挿入部１２の軸芯Ｙ_１−Ｙ_１が、第１中間素材１０の軸芯Ｘ−Ｘと略同一直線上となるように、第１のパンチ１１と第１中間素材１０は配置される。

挿入部１２の奥側には、拡径部１３が形成されている。拡径部１３におけるその軸芯に対して直交する断面形状（断面の外形）は、図５に示すように、円弧部１５と凸部１６と凹部１７で構成されている。

円弧部１５は、図５に示すように、拡径部１３の下方に形成されるとともに、第１中間素材１０における内周面の横断面形状を所定の倍率で拡大したベース円形状１４の下部の一部で構成される。本実施例では、円弧部１５は、ベース円形状１４の下半分の半円で構成した。

凸部１６は、図３，図５に示すように、拡径部１３の軸芯Ｙ_２−Ｙ_２を中心として、円弧部１５と対向する位置である上部に形成されるとともに、ベース円形状１４より外側に突出するように形成される。

凹部１７は、図５に示すように、凸部１６の両側で、かつ、凸部１６と円弧部１５との間に形成されるとともに、ベース円形状１４より内側に位置するように形成される。

また、ベース円形状１４と凸部１６との交点を夫々ａ，ｂとし、ベース円形状１４と図５の左側に位置する凹部１７との交点を夫々ｃ，ａとし、ベース円形状１４と図５の右側に位置する凹部１７との交点を夫々ｂ，ｄとし、また、このａｂ間における凸部１６の任意の位置の点をｅ、ベース円形状１４上の任意の点をｆ、ａｃ間における凹部１７の任意の位置の点をｇ、ベース円形状１４上の任意の点をｈ、ｂｄ間における凹部１７の任意の位置の点をｉ、ベース円形状１４上の任意の点をｊとした場合、次の関係となるように設定されている。

このａｂ間において、第１のパンチ１１の凸部１６の周長（図５のａ−ｅ−ｂ）が、対応するベース円形状１４の円弧部周長（図５のａ−ｆ−ｂ）より長くなるように設定されている。

また、ａｃ間、ｂｄ間において、第１のパンチ１１の凹部１７の周長（図５のｃ−ｇ−ａ，ｂ−ｉ−ｄ）が、対応するベース円形状１４の円弧部周長（図５のｃ−ｈ−ａ，ｂ−ｊ−ｄ）より短くなるように設定されている。

第１のパンチ１１の凹部１７の形状を、本実施例においては、図５に示すように、略直線状に形成したが、凹部１７の周長が、対応するベース円形状１４の円弧部周長より小さければ、任意の形状とすることができる。

拡径部１３の軸芯Ｙ_２−Ｙ_２は、挿入部１２の軸芯Ｙ_１−Ｙ_１、すなわち、第１中間素材１０の軸芯Ｘ−Ｘに対して、一方の端面において、最も外側に位置する頂部１０ｂ側に偏芯するように形成されている。

挿入部１２と拡径部１３の間には、奥部側に向くほど、徐々に拡径する徐変部１９が形成されている。

第１中間素材１０に対して第１のパンチ１１を、図３に示すように、挿入部１２の軸芯Ｙ_１−Ｙ_１が、第１中間素材１０の軸芯Ｘ−Ｘと略同一直線上となるようにして、第１中間素材１０の斜めに切断した側の端部（一方の端部）から挿入して、拡径させるとともに、拡径した部分の軸芯を、第１中間素材１０の軸芯Ｘ−Ｘに対して偏芯させて、第２中間素材２０の大径部２１を形成する。

第１パンチ１１の拡径部１３の軸芯Ｙ_２−Ｙ_２が、第１中間素材１０の軸芯Ｘ−Ｘに対して、頂部１０ｂ側に偏芯しているとともに、凸部１６はベース円形状１４より外側に突出しているため、図７に示すように、第２中間素材２０の大径部２１において、軸方向の一方の端部２０ａ側において最も外側に位置する頂部２１ａの拡径量は最大となる。また、凸部１６の両側に位置する凹部１７は、ベース円形状１４より内側に位置することから、大径部２１において、凹部１７により拡径された部分２１ｂは、頂部２１ａよりも拡径量が小さくなり、凹部１７により拡径された部分２１ｂから頂部２１ａ近辺に母材が流れやすくなり、図４に示すように、第２中間素材２０の一方の端面において、凹部１７ａにより拡径された部分２１ｂの端面２１cは、円弧部１５により拡径された端面を延長した線上よりも外側にはみ出す。

次に、第２中間素材２０を、図示しない固定冶具に固定した後に、図７，図８に示すように、その大径部２１側から第２のパンチ２２を挿入し、図１に示す管１を得る。

第２のパンチ２２における第２中間素材２０への挿入側部には、挿入部２３が形成され、挿入部２３の挿入側端（前側端）における外径は、第２中間素材２０の小径部２４の内径より小さく形成され、奥側に行くほど徐々に拡径され、挿入部２３の中間部から奥側部の外径は、略同じ径で形成されるとともに、第２中間素材２０の小径部２４、すなわち、第１中間素材１０の内径と略同じか若干小さく設定されている。

挿入部２３の軸芯Ｚ_１−Ｚ_１は、第２中間素材２０の小径部２４の軸芯の軸芯Ｘ−Ｘと略同一直線上となるように配置されている。

挿入部２３の奥側（後側）には、拡径部２５が形成されている。拡径部２５におけるその軸芯に対して直交する断面形状（断面の外形）は、図１０に示すように、ベース円形状１４より大径で、かつ、第１パンチ１１の拡径部１３における横断面の最大径よりも大径の真円状に形成されている。

第２のパンチ２２の拡径部２５の軸芯Ｚ_２−Ｚ_２は、第１パンチ１１における拡径部１３の軸芯Ｙ_２−Ｙ_２、及び、第２パンチ２２の挿入部２３の軸芯Ｚ_１−Ｚ_１、すなわち、第１中間素材１０の軸芯Ｘ−Ｘに対して頂部２１ａ側（上側）に偏芯するように形成されている。

挿入部２３と拡径部２５の間には、奥部側に向くほど、徐々に拡径する徐変部２９が形成されている。

第２中間素材２０に対して第２のパンチ２２を、挿入部２３の軸芯Ｚ_１−Ｚ_１が、第２中間素材２０の小径部２４と略同一直線上となるようにして、第２中間素材２０の大径部２１側から挿入して、拡径させるとともに、拡径した大径部３の軸芯Ｘ_１−Ｘ_１を、第２中間素材２０の大径部２１の軸芯Ｘ_３−Ｘ_３、及び、小径部２の軸芯Ｘ_２−Ｘ_２に対して偏芯させる。また、図９に示すように、拡径した大径部３の軸芯Ｘ_１−Ｘ_１が、第２中間素材２０における大径部２１の軸芯Ｘ_３−Ｘ_３に対して偏芯する方向と、第２中間素材２０における大径部２１の軸芯Ｘ_３−Ｘ_３が、第１中間素材１０における軸芯Ｘ−Ｘに対して偏芯する方向が同じとなるようになっている。

第２のパンチ２２における拡径部２５の軸芯Ｚ_２−Ｚ_２が、第１パンチ１１の拡径部１３の軸芯Ｙ_２−Ｙ_２より頂部２１ａ側に偏芯しているため、この頂部２１ａの拡径量は最大となるが、その近辺は、図４に示すように、第２中間素材２０の一方の端面において、円弧部１５が位置する下方の部分を延長した線上よりも外側にはみ出しており、この部分の母材を利用して、頂部２１ａは拡径することができるため、拡径後の管１の一方の端面３ａは、図１に示すように、ひけが生じず略直線状となる。

また、上記加工工程以外の加工工程を組み合わせて製造を行ってもよい。

１１第１のパンチ
１３拡径部（第１のパンチ）
１４ベース円形状
１５円弧部
１６凸部
１７凹部
２２第２のパンチ
２５拡径部（第２のパンチ）

Claims

断面が円形の素管における一方の端部を、その軸芯に対して斜めとなるように切断した後に、その切断側端部を、拡径するとともに、その軸芯を、前記素管の軸芯に対して偏芯させる管の拡径方法であって、
少なくとも、第１のパンチの挿入により拡径するとともに、拡径された部分の軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯する工程と、
この工程の後に、第２のパンチの挿入により拡径するとともに、拡径された部分の軸芯が、前記第１のパンチの挿入により拡径された部分の軸芯に対して偏芯する工程を有し、
前記第２のパンチにより拡径された部分の軸芯が、前記第１のパンチの挿入により拡径された部分の軸芯に対して偏芯する方向と、前記第１のパンチにより拡径された部分の軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯する方向を同じとし、
前記第１のパンチにおいて、前記第１のパンチの挿入により拡径された部分を形成する拡径部におけるその軸芯に対して直交する断面形状は、
前記素管における断面の内面形状を所定の倍率で拡大したベース円形状の一部の形状からなる円弧部と、
ベース円形状の中心軸を中心として、前記円弧部と対向する位置に形成され、かつ、前記ベース円形状よりも外側に突出する凸部と、
該凸部の両側で、かつ、前記凸部と前記円弧部との間に設けられるとともに、前記ベース円形状よりも内側に位置する凹部を有し、
前記第２のパンチにおいて、前記第２のパンチの挿入により拡径された部分を形成する拡径部におけるその軸芯に対して直交する断面形状を、前記ベース円形状よりも大径の円状に形成したことを特徴とする管の拡径方法。
前記第１のパンチを用いる工程において、第１のパンチにおける拡径部の軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯するように挿入し、
前記第２のパンチを用いる工程において、第２のパンチの軸芯が、前記素管の軸芯に対して偏芯するように挿入することを特徴とする請求項１記載の管の拡径方法。