JP2741844B2 - 内部仕切り壁をもつ管及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管内空間を区画する内
部仕切り壁をもつ管及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】各種機械等で使用される管の中には、そ
の内部に互いに隔離された複数の流体通路が必要とされ
るものがある。例えば、自動車用エンジンのバルブロッ
カーシャフトにおいては、その内部に潤滑油とバルブ開
閉用の作動油とを混合させず別々に流さなければならな
い場合があり、この場合には、上記バルブロッカーシャ
フト内に互いに独立する２つの流体通路を軸方向に沿っ
て形成する必要がある。

【０００３】従来、このような複数の流体通路をもつ管
を製造する場合には、例えば中実丸棒にその軸方向に沿
って複数の穴をガンドリル等で開け、これらの穴を流体
通路として用いることが行われているが、上記ガンドリ
ルでは可能な穿孔深さに限界があり、長い流体通路を形
成することは極めて困難である。また、中実丸棒にその
軸方向と平行な方向に正確に穴を穿孔することは容易で
ない。

【０００４】そこで、特開平４−１３４１０４号公報に
は、図８に示すようなロッカーシャフトが提案されてい
る。このロッカーシャフトは、半球状の閉塞端５をもつ
円筒状内部管４の管壁の周方向の一部でかつ軸方向の一
部を内側に凹ませて凹み部６とし、この内部管４を同じ
く半球状の閉塞端２をもつ円筒状外部管１の内側に圧入
して閉塞端２，５同士をロー付けしたものであり、内部
管４の内側に第１の油路９が形成され、上記凹み部６の
外面と外部管１の内周面との間に、上記第１の油路９か
ら隔離された第２の油路８が形成されている。そして、
両管の開口端（図８では左端）が第１の油路９の入口と
され、両管１，４の側壁下部に第１の油路９の出口が形
成されており、外部管１の側壁上部に第２の油路８の入
口７ａ及び出口７ｂが形成されている。

【０００５】ここで、上記内部管４の断面形状の例とし
ては、図９（ａ）に示すように上記凹み部６が平面状で
ある略Ｄ型のものや、同図（ｂ）に示すように上下に凹
み部６が形成されたものが挙げられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に示されたロ
ッカーシャフトには、次のような解決すべき課題があ
る。

【０００７】図９（ａ）に示す形状では、凹み部６が
平面状であるため、外部管１内に内部管４を圧入する
際、凹み部６が左右両外側に突っ張ってその両脇の角部
６ａが径方向内側から外部管１の管壁に食い込み、この
外部管１を変形させて真円度を悪化させるおそれがあ
る。また、外部管１の内周面と内部管４の外周面とが圧
接する面積を大きく確保しようとすると、第２の油路８
の流路面積に著しい制限を受けてしまう。一方、同図
（ｂ）に示す形状では、内部管４が外部管１に連続して
接触する領域が全周の半分以下であるため、特にねじり
剛性が低く、圧入の際やその後の機械加工の際にねじり
変形し易い。

【０００８】凹み部６が形成されているのは軸方向の
一部のみであるため、設計に著しい制限を受ける。すな
わち、管の断面形状が全長にわたって一様でないため、
設計の際、凹み部６が形成されている領域であるか否か
を常に意識しなければならず、面倒である。

【０００９】外部管１内に内部管４を圧入する作業は
容易でなく、しかも、両管１，４の閉塞端２，５同士の
ロー付けにより両管１，４に熱変形が生じるおそれがあ
る。また、このロー付けを外部から見えない個所で行わ
なければならず、作業が面倒であると共に信頼性に欠
け、もし両閉塞端２，５同士の間に隙間が残った場合に
はこの隙間内にオイルが侵入して澱んでしまうおそれも
ある。

【００１０】本発明は、以上のような課題を解決できる
内部仕切り壁をもつ管及びその製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、管全長にわた
り略均一な断面形状をもつ外部管と、管全長にわたり略
均一な断面形状をもつ内部管とからなり、この内部管の
管壁において全周の半分を超える領域をその外周面が上
記外部管の内周面に連続して圧接する圧接部とし、残り
の部分を管内側に向かって突出するように凹んだ形状の
凹部とすることにより、この凹部外周面と上記外部管内
周面との間に内部管内側の第１の空間に対して隔離され
た第２の空間を形成したものである（請求項１）。

【００１２】上記内部管の圧接部は、この内部管の全周
の２／３以上の領域に連続してわたるのが、より好まし
い（請求項２）。

【００１３】上記凹部の最深部は、上記外部管の中心よ
りも浅い位置に設定するのが、より好ましい（請求項
３）。

【００１４】また、上記内部管での凹部と圧接部との左
右一対の境界部分の曲率半径は、互いに略同等に設定す
るのが、より好ましい（請求項４）。

【００１５】また本発明は、上記管の製造方法であっ
て、予め上記凹部をもつ形状の内部管とこの内部管の最
大外径よりも大きな内径をもつ外部管とを成形してお
き、この外部管内に上記内部管を挿入し、この挿入状態
のまま管全体を冷間引き抜き加工することにより上記内
部管の圧接部を上記外部管の内周面に圧接させるもので
ある（請求項５）。

【００１６】

【作用】請求項１記載の管によれば、内部管及び外部管
が管全長にわたり略均一な断面形状を有し、管全長にわ
たり第１の空間及び第２の空間が形成されているので、
両空間への流体入口や出口等の位置を制限を受けずに設
定でき、設計の自由度が増す。また、内部管の管壁にお
いて全周の半分を超える領域が上記外部管の内周面に連
続して圧接する圧接部とされているため、十分なねじり
剛性が得られるとともに、両管同士の間に十分な滑り摩
擦力が確保され、機械加工等の際に両管同士が相対回転
したりねじり変形したりすることが大幅に抑制される。
特に、請求項２記載の管では、上記内部管の圧接部がこ
の内部管の全周の２／３以上の領域に形成されているの
で、上記滑り摩擦力はさらに十分に確保される。

【００１７】また、上記管では、第２の空間を形成する
内部管側の凹部は、中心に向かって突出する形状を有し
ているので、上記圧接部を十分に確保しながら第２の空
間の断面積も十分に確保できる。また、両管を圧接させ
るために外部管を縮径させる際、これに追従して凹部が
内側に撓みやすいので、この凹部が左右両外側に突っ張
って凹部と圧接部との左右一対の境界部分が外部管の内
壁に食い込むことも避けられる。

【００１８】ここで、上記凹部の最深部が上記外部管の
中心を超えて反対側にまで至ると、管全体の重心が片側
に偏り、機械加工等の際に大きなモーメントが発生して
管全体が撓むおそれがあるが、請求項３記載のように上
記凹部の最深部を外部管の中心よりも浅い位置に設定す
れば、上記モーメントは大幅に抑えられる。また、内部
管外表面を旋削加工等する際の中心部の加工残りもなく
なる。

【００１９】また、請求項４記載のように、上記内部管
での凹部と圧接部との左右一対の境界部分の曲率半径同
士を略同等に設定し、管全体の断面形状を略左右対称の
形にすれば、応力集中はさらに緩和される。

【００２０】上記各管を製造するにあたり、請求項５記
載のように、予め上記凹部をもつ形状の内部管とこの内
部管の最大外径よりも大きな内径をもつ外部管とを成形
しておき、この外部管内に上記内部管を挿入し、この挿
入状態のまま管全体を冷間引き抜き加工することにより
上記内部管の圧接部を上記外部管の内周面に圧接させる
ようにすれば、外部管内に内部管を圧入するといった困
難な作業をせずに、簡単にしかも不具合の大きい変形を
生じさせずに、内部管の圧接部を外部管の内周面に圧接
させることができる。

【００２１】

【実施例】本発明の第１実施例を図１及び図２に基づい
て説明する。

【００２２】この実施例における管は、図１に示すよう
な断面形状を管全長にわたり有している。すなわち、こ
の管は内部管１０と円筒状の外部管１６とからなり、内
部管１０は外部管１６の内側に配されている。内部管１
０は、中心角が１８０°を超える円弧（図１の円弧ＡＣ
Ｂ）状の圧接部１２と、外部管１６の中心Ｏに向かって
突出するように凹んだ曲率半径Ｒ１をもつ凹部１４とか
らなり、この凹部１４と上記圧接部１２との左右一対の
境界部分１３はそれぞれ曲率半径Ｒ２，Ｒ３を有してい
る。そして、上記圧接部１２の外周面全体が外部管１６
の内周面に圧接することにより、内部管１０内側の第１
の空間１８に加え、内部管１０の凹部１４と外部管１６
の内周面との間に第２の空間１９が形成されている。

【００２３】この管の製造方法は次の通りである。

【００２４】まず、図２（ａ）に示すように上記圧接部
１２及び凹部１４をもつ最大直径Ｄ１の内部管１０を鋼
材等によって成形する。この成形方法としては、特定形
状（略ハート形）のダイスを用いた冷間引き抜き加工が
好ましいが、その他の成形法、例えば押出し成形によっ
ても加工が可能である。また、冷間引き抜き加工を行う
場合、一回の引き抜き加工で上記形状の内部管１０を製
造しても良いし、まず１回目の引き抜き加工で適当な寸
法をもつ円管を成形し、この円管をさらに特定形状のダ
イスで引き抜き加工することにより上記内部管１０を形
成するようにしてもよい。

【００２５】一方、外部管１６としては、図２（ｃ）に
示すように、内径Ｄ２（＞Ｄ１）及び外径Ｄ３（Ｄ３＞
Ｄ２）をもつパイプ材を用意しておく。そして、この外
部管１６内に上記内部管１０を挿入して同図（ｃ）の状
態にする。ここで、外部管１６と内部管１０との間の隙
間寸法（Ｄ２−Ｄ１）／２は、内部管１０を外部管１６
内に容易に挿入できる範囲でなるべく小さく設定するこ
とが望ましい。

【００２６】次に、上記状態のまま外部管１６を把持し
ながら、管１０，１６全体を円形のダイスに通して引き
抜き加工し、外部管１６の内周面を内部管１０の円弧状
の圧接部１２の外周面に圧接させることにより、前記図
１に示した管を製造できる。

【００２７】このような管及び製造方法によれば、前記
図８及び図９に示した従来例に比べ、次の効果が得られ
る。

【００２８】ａ）内部管１０及び外部管１６が管全長に
わたり略均一な断面形状を有し、管全長にわたり第１の
空間１８及び第２の空間１９が形成されているので、両
空間１８，１９への流体入口や出口等の位置を制限を受
けずに設定でき、設計の自由度が増す。また、内部管１
０の管壁において全周の半分を超える領域を上記外部管
１６の内周面に連続して圧接する圧接部１２としている
ため、十分なねじり剛性及び両管同士の間の十分な滑り
摩擦力を確保でき、機械加工等の際に両管同士が相対回
転したりねじり変形したりすることを大幅に抑制でき
る。

【００２９】図５は、両管１０，１６を圧接させた状態
での、接合比（円弧ＡＣＢの長さを全内周長さで除した
値）と、両管１０，１６を相対回転させるのに必要な最
小トルク（kgf・cm）との関係を示したものである。こ
のグラフを参照すれば明らかなように、接合比が０.５
以下の場合には上記必要トルクはほぼ０であり、両管１
０，１６を相対回転不能にとどめておくことができない
のに対し、接合比を２／３以上にすれば、上記必要トル
クを接合比が１の場合（すなわち両管１０，１６が全周
に亘り圧接している場合）の６０％以上まで高めること
が可能となる。

【００３０】ｂ）第２の空間１９を形成する内部管１０
側の凹部１４を、中心に向かって突出する形状にしてい
るので、図３に示すように上記凹部１４を直線部１７と
した場合（すなわち内部管１０を断面Ｄ字状とした場
合）に比べ、上記圧接部１２を十分に確保しながら第２
の空間１９の断面積も十分に確保できる。また、直線部
１７とした場合には、冷間引き抜き加工して外部管１６
を縮径する際、上記直線部１７が左右両外側に突っ張っ
て境界部分１３が外部管１６の内壁に食い込み、真円度
を悪化させるおそれがあるが、上記のように凹部１４が
管内側に向かって突出する形状であれば、上記縮径に追
従して凹部１４が撓みやすいので、上記食い込みが避け
られ、真円度が向上する。実際に、図１及び図３の管に
ついて試験的に製造を行ったところ、図３のものは真円
度が0.03〜0.05であるのに対し、図１のものでは真円度
を0.01まで向上させることができるのを確認できた。

【００３１】ｃ）予め上記凹部１４をもつ形状の内部管
１０と、この内部管の最大外径よりも大きな内径をもつ
外部管１６とを成形しておき、この外部管１６内に上記
内部管１０を挿入した状態のまま管全体を冷間引き抜き
加工することにより製造しているので、外部管１６内に
内部管１０を圧入するといった困難な作業を伴わず、簡
単にしかも不具合の大きい変形を生じさせずに、上記管
を得ることができる。

【００３２】なお、上記凹部１４の深さ寸法は適宜設定
すればよい。ただし、この凹部１４の最深部（図１では
凹部１４の中央下面）を上記外部管１６の中心Ｏを超え
て反対側にまで至らせると、管全体の重心が片側に片寄
り、機械加工等の際に大きなモーメントが発生して管全
体が撓むおそれがあるが、図１に示すように上記凹部１
４の最深部を上記中心Ｏよりも浅い位置（図１では上側
の位置）に設定すれば、上記モーメントを大幅に減らせ
る。また、内部管１０外表面を旋削加工する際の中心部
の加工残りをなくすことができる利点もある。

【００３３】上記両境界部分１３の曲率半径Ｒ２，Ｒ３
についても、適宜設定すればよく、これらの曲率半径Ｒ
２，Ｒ３を極力小さくして図４に示すような鋭利な角部
にする（すなわち内部管１０を略三日月状にする）こと
も可能である。ただし、上記曲率半径Ｒ２，Ｒ３を上記
凹部１４の曲率半径Ｒ１の１／４以上に設定すれば、上
記両境界部分１３での応力集中を大幅に緩和でき、強度
的により有利にできる。また、両曲率半径Ｒ２，Ｒ３同
士を略同等に設定し、管全体の断面形状を略左右対称の
形にすれば、応力集中をさらに緩和できる。

【００３４】本発明の管は、その用途を問わず、用途の
異なる２種の流体を管内に同時に流すもの（例えば自動
車用エンジンのバルブロッカーシャフトやピストンピ
ン、熱交換器等）に好適に使用できる。図６は、上記管
をロッカーシャフト２０として使用した例を示してい
る。

【００３５】図において、内部管１０の凹部１４は下を
向いており、管両端（開口端）は、プラグ２２の装着に
より塞がれている。両プラグ２２には、内部管１０内側
の第１の空間１８への油流入口である貫通孔２３が形成
され、両管１０，１６の側壁には、上記第１の空間１８
からの油排出口である貫通孔２４，２５が形成されてい
る。また、外部管１６の側壁底部には、第２の空間１９
への油流入口である貫通孔２６及び油排出口である貫通
孔２７が形成されている。

【００３６】なお、図６及び図７（ｄ）において２８は
外部管１６及び内部管１０に形成された切欠であり、ロ
ッカーシャフト２０を図略のロッカーシャフトホルダで
図略のシリンダヘッド等の固定部材に取付けるためのボ
ルトと当該ロッカーシャフト２０との干渉を避けるため
のものである。そして、この切欠２８と上記ボルトとの
クリアランスからリークする油が当該ロッカーシャフト
ホルダの潤滑油として利用されるようになっている。

【００３７】このように、本発明の管は、その両端に両
管１０，１６の端部を同時に塞ぐプラグ２２を取付ける
だけで、両空間１８，１９を互いに独立した流体路とし
て利用でき、ロッカーシャフトの場合には、各空間１
８，１９に互いに目的の異なる油を不都合なく同時に流
すことができる。従って、従来のように内部管及び外部
管に閉塞端を設けて両閉塞端同士をロー付け等する場合
と異なり、上記プラグ２２を取付ける作業を外部から確
認でき、作業が簡単で信頼性にも優れており、管両端に
オイルが澱むこともなくなる。

【００３８】また、管全長にわたり略均一の断面形状を
有しているので、上記切欠２８等を形成する場合にもそ
の個所に制限を受けず、自由に設計できる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。

【００４０】請求項１記載の管は、内部管及び外部管が
管全長にわたり略均一な断面形状を有し、管全長にわた
り第１の空間及び第２の空間が形成されているので、両
空間への流体入口や出口等の位置を制限を受けずに設定
でき、設計の自由度を増やすことができる。また、内部
管の管壁において全周の半分を超える領域を上記外部管
の内周面に連続して圧接する圧接部としているので、十
分なねじり剛性及び両管同士の間での十分な滑り摩擦力
を確保でき、機械加工等の際に両管同士が相対回転した
りねじり変形したりするのを大幅に抑制できる効果があ
る。また、上記管では、第２の空間を形成する内部管側
の凹部は、中心に向かって突出する形状としているの
で、上記圧接部を十分に確保しながら第２の空間の断面
積も十分に確保できる。さらに、内部管と外部管とを圧
接させる際、これに追従して上記凹部が撓みやすいの
で、この凹部が突っ張って同凹部と圧接部との左右一対
の境界部分が外部管の内壁に食い込むことが避けられ
る。

【００４１】特に、請求項２記載の管では、上記内部管
の圧接部をこの内部管の全周の２／３以上の領域に亘り
形成しているので、上記滑り摩擦力をさらに高めること
ができる。

【００４２】請求項３記載の管では、上記凹部の最深部
を外部管の中心よりも浅い位置に設定しているので、上
記最深部が外部管の中心を超えて反対側にまで至る場合
に比べ、管全体の重心が中心から偏心する量を大幅に減
らし、機械加工等の際に大きな回転モーメントが発生し
て管が大きく撓むのを防ぐことができる。また、内部管
外表面を旋削加工する際の中心部の加工残りもなくな
る。

【００４３】請求項４記載の管では、上記内部管での凹
部と圧接部との左右一対の境界部分の曲率半径同士を略
同等に設定しているので、これら境界部分での応力集中
を大幅に緩和できる効果がある。

【００４４】そして、請求項５記載の製造方法では、予
め上記凹部をもつ形状の内部管とこの内部管の最大外径
よりも大きな内径をもつ外部管とを成形しておき、この
外部管内に上記内部管を挿入し、この挿入状態のまま管
全体を冷間引き抜き加工することにより上記内部管の圧
接部を上記外部管の内周面に圧接させるので、外部管内
に内部管を圧入するといった困難な作業をせずに、簡単
にしかも不具合の大きい変形を生じさせずに、内部管の
圧接部を外部管の内周面に圧接させることができ、量産
性を高めてコストを削減しながら良質の管を製造できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における管の断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は上記管の製造工程を示す断面
図である。

【図３】上記管の比較例を示す断面図である。

【図４】上記管の変形例を示す断面図である。

【図５】上記管での内部管と外部管との接合比と両管を
相対回転させるための必要最小トルクとの関係を示すグ
ラフである。

【図６】上記管からなるロッカーシャフトの一部断面正
面図である。

【図７】（ａ）は図６のＡ矢視図、（ｂ）は図６のＢ−
Ｂ線断面図、（ｃ）は図６のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は
図６のＤ−Ｄ線断面図である。

【図８】従来の管の一例を示す断面正面図である。

【図９】（ａ）（ｂ）は上記管の横断面形状の例を示す
図である。

【符号の説明】

１０ 内部管 １２ 圧接部 １３ 圧接部と凹部との境界部分 １４ 凹部 １６ 外部管 １８ 第１の空間 １９ 第２の空間

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管全長にわたり略均一な断面形状をもつ
   外部管と、管全長にわたり略均一な断面形状をもつ内部
   管とからなり、この内部管の管壁において全周の半分を
   超える領域をその外周面が上記外部管の内周面に連続し
   て圧接する圧接部とし、残りの部分を管内側に向かって
   突出するように凹んだ形状の凹部とすることにより、こ
   の凹部外周面と上記外部管内周面との間に内部管内側の
   第１の空間に対して隔離された第２の空間を形成したこ
   とを特徴とする内部仕切り壁をもつ管。
2. 【請求項２】 請求項１記載の内部仕切り壁をもつ管に
   おいて、上記内部管の圧接部がこの内部管の全周の２／
   ３以上の領域に連続してわたることを特徴とする内部仕
   切り壁をもつ管。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の内部仕切り壁を
   もつ管において、上記凹部の最深部を上記外部管の中心
   よりも浅い位置に設定したことを特徴とする内部仕切り
   壁をもつ管。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の内部仕
   切り壁をもつ管において、上記内部管での凹部と圧接部
   との左右一対の境界部分の曲率半径同士を略同等に設定
   したことを特徴とする内部仕切り壁をもつ管。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の内部仕
   切り壁をもつ管の製造方法であって、予め上記凹部をも
   つ形状の内部管とこの内部管の最大外径よりも大きな内
   径をもつ外部管とを成形しておき、この外部管内に上記
   内部管を挿入し、この挿入状態のまま管全体を冷間引き
   抜き加工することにより上記内部管の圧接部を上記外部
   管の内周面に圧接させることを特徴とする内部仕切り壁
   をもつ管の製造方法。