JP3118093B2 - 排気マニホールドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属製パイプを加工す
ることによってつくられる排気マニホールドの製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジンには、燃焼室
内の燃焼ガス(排気ガス)をエンジン外部に排出するため
の排気マニホールドが設けられる。そして、かかる排気
マニホールドとしては、従来より鋳造品が多用されてい
るが、鋳造によってつくられた排気マニホールドは重量
が大きくなるといった問題があり、また内周面が粗面と
なるので排気抵抗が大きくなるといった問題がある。さ
らに、熱容量が大きくなるので、エンジン始動後におい
て排気ガス浄化触媒を迅速に昇温させることができず、
エミッション性能の低下を招くといった問題がある。

【０００３】そこで、軽量でかつ内周面が平滑な金属パ
イプ(例えば鉄製パイプ)を用いた金属パイプ製の排気マ
ニホールドが提案され、かかる金属パイプ製排気マニホ
ールドの製造方法として例えば次のような手法が提案さ
れている。すなわち、図２１に示すように、金属パイプ
１００の所定の位置に穴１０１をあけ、これらの穴１０
１に夫々金属製の枝管１０２を溶接し、さらにこれらの
枝管１０２の先端部を夫々フランジ１０３に溶接すると
いった排気マニホールドの製造方法が提案されている。
しかしながら、かかる方法によって製造された金属パイ
プ製排気マニホールドは、枝管軸線方向すなわちエンジ
ン幅方向の長さがかなり大きくなり、エンジンのコンパ
クト化を妨げるといった問題がある。また、かかる金属
パイプ製排気マニホールドでは、各溶接部分が互いに接
近しているので、溶接部の強度が低下するといった問題
がある。

【０００４】これを改善するため、図２２に示すよう
に、鉄製パイプ部材１１０の周壁をバーリング加工によ
って筒状に引き出して枝管部１１１を形成し、この枝管
部１１１の先端部をフランジ１１２に溶接するといった
排気マニホールドの製造方法が提案されている(特開昭
６２−２０６２１６号公報参照)。この排気マニホール
ドの製造方法においては、まずバルジ成形により、鉄製
パイプ部材の周壁に隆起部を形成し、この隆起部の先端
面に穴をあけ、引き出し用型を、パイプ部材内からこの
穴を通してパイプ部材外へ引き出すことによって、パイ
プ部材の周壁を筒状に突出させ、枝管部１１１を形成す
るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−２０６２１６号公報に開示された排気マニホール
ドの製造方法では、パイプ部材にバルジ成形を施すため
の油圧機構を必要とするので加工設備が複雑化して設備
コストがかさみ、またバルジ成形に手間がかかるといっ
た問題がある。さらに、多気筒エンジンでは、１つの排
気マニホールドをつくるために何回も複雑なバーリング
加工を施さなければならないので、生産性が低くなると
いった問題がある。本発明は、上記従来の問題点を解決
するためになされたものであって、簡素な設備及び工程
で、金属製パイプからコンパクトな排気マニホールドを
能率的につくることができる排気マニホールドの製造方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、直管状金属製パイプ部材の長手方向
中寄りの所定の部分を、径方向内方にプレス加工するこ
とにより、径方向外方であって上記プレス方向とは略直
交する１つの方向に膨出させ、パイプ部材の上記膨出部
の先端部付近に、パイプ壁を厚み方向に貫通する所定の
形状の穴部を形成し、該穴部まわりのパイプ壁に径方向
外向きの力をかけ、該パイプ壁を径方向外方に曲げ変形
させることによって、パイプ部材本体部から径方向外方
に分岐して突出する中側枝管部を形成し、上記パイプ部
材の両端部近傍の部分を所定の小さい曲率で湾曲させて
パイプ部材の両端部に上記中側枝管部と略同一方向に突
出する端部側枝管部を形成し、中側枝管部及び端部側枝
管部の先端部に、エンジン本体側への取付用フランジを
溶接して排気マニホールドを形成することを特徴とする
排気マニホールドの製造方法を提供する。

【０００７】第２の発明は、第１の発明にかかる排気マ
ニホールドの製造方法において、穴部を直管状のパイプ
部材の長手方向に長手となる長穴とし、かつ該穴部の形
状を、その長手方向にみて両端部近傍では、夫々各端部
側に向かって直線的に先細りとなるように形成して、中
側枝管部の通路断面をパイプ部材本体部軸線方向に長手
となる略楕円形とし、さらに、各端部側枝管部をプレス
加工することによって、該端部側枝管部の通路断面を中
側枝管部の通路断面とほぼ同じ形状に成形することを特
徴とする排気マニホールドの製造方法を提供する。

【０００８】第３の発明は、第１または第２の発明にか
かる排気マニホールドの製造方法において、後端部近傍
では中側枝管部の通路断面に対応する形状の横断面をも
ち、かつ先端部に向かって細手となるテーパ状に形成さ
れた枝管成形部材を、パイプ部材の内側から穴部を通し
てパイプ部材外へ貫通させることによって、中側枝管部
を形成することを特徴とする排気マニホールドの製造方
法を提供する。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明にかかる金属パイプ製排気マ
ニホールドの製造方法を示すフローチャートである。以
下、図１に示すフローチャートに従って、かかる排気マ
ニホールドの製造方法を説明する。なお、本実施例で
は、Ｖ型６気筒エンジンの一方のバンク側の３つの気筒
用の排気マニホールドの製造方法について説明するが、
本発明はこれに限定されるものではなく、気筒数あるい
は気筒の配列型式にかかわりなく、種々のエンジンに対
して適用できるのはもちろんである。 (１)ステップ＃１(パイプ切断工程) 図２に示すように、鉄系金属材料からなる所定の径Ｄ
(例えば、４３mm)のパイプ(例えば、５m)を切断して所
定の長さＬ(例えば、３５０mm)の直管状のパイプ部材１
を得る。なお、パイプ部材１の内周面すなわち中空部２
の表面は、排気抵抗を低減するためにできるだけ平滑化
するのが好ましい。

【００１０】(２)ステップ＃２(プレス工程) パイプ部材１の長手方向中央部まわりの部分に径方向内
向きの押圧力を加えてプレス加工を施す。図３(a),(b),
(c)及び図４に示すように、かかるプレス加工によっ
て、パイプ部材１のプレスされた部分には、径がプレス
方向にやや短縮された偏平部３が形成される。このと
き、偏平部３では、パイプ部材１がh₁だけ上側に膨出
し、これによって膨出部４が形成される。このプレス工
程においては、詳しくは図示していないが、パイプ部材
１は、下側への膨出変形はできないが上側への膨出変形
は可能な成形治具内に配置される。このため、かかるプ
レス加工によってパイプ部材１は上側へのみ膨出し、下
側へは膨出しない。このように、パイプ部材１に膨出部
４を形成するのは、後で説明するカラーリング工程(ス
テップ＃４)で形成される枝管部７(図８参照)の長さ(高
さ)を十分に確保するためである。かかるプレス加工に
よれば、例えば前記の特開昭６２−２０６２１６号公報
に開示された排気マニホールドの製造方法で用いられて
いるようなバルジ成形に比べて、非常に簡素な設備で膨
出部４を形成することができ、また加工作業も極めて容
易となる。

【００１１】(３)ステップ＃３(穴あけ工程) 図５に示すように、パイプ部材１の膨出部４の上面(先
端面)に、フライス加工によりパイプ部材軸線方向に長
手となる長穴形状の穴部５を形成する。図６に拡大して
示すように、穴部５は、その長手方向にみて、中間部で
は幅が一定値wに保持されているが、両端部付近では円
弧状となっている。そして、上記中間部と上記両端部と
の間の部分では、夫々端部側に向かって穴幅が直線的に
減少している。ここで、穴部５の各種寸法a,b,c,d,e,f,
wは、例えば次のような値に設定される。なお、ここでf
は半径である。 a…５１mm b…８mm c…３５mm
d…１６mm e…２mm f…２〜４mm w…１１mm ここで、穴部５の中間部と両端部との間に、穴幅が直線
的に減少する部分を形成するのは、次のステップ＃４
(カラーリング工程)で、パイプ壁が筒状に引っ張りださ
れて形成される枝管部７(図８参照)の高さを均一化する
ためである。すなわち、普通の長穴のように穴部の長手
方向の両端部近傍を破線６のような半円形状とした場
合、枝管部の先端部はこの破線６に対応する部分では、
図７中のＹで示すように、他の部分よりも低くなってし
まい、枝管部７'の高さが不均一となってしまうからで
ある。

【００１２】(４)ステップ＃４(カラーリング工程) 図８及び図９に示すように、パイプ部材１にカラーリン
グ加工(バーリング加工ないし引き出し加工)を施し、パ
イプ部材１の穴部５(図５参照)まわりのパイプ壁を筒状
に上向きに曲げ変形させ、中側枝管部７を形成する。こ
のカラーリング加工において、中側枝管部７の高さh₂は
６〜７mmは十分に確保される。ここで、カラーリング加
工は、以下で説明するように成形治具１０(図１０〜図
１２参照)を用いて行なわれる。

【００１３】図１０〜図１２に示すように、カラーリン
グ工程における成形治具１０には、第１枠部材１１と第
２枠部材１２とが設けられている。そして、第１枠部材
１１には、上側締結ボルト１３と下側締結ボルト１４と
を用いて第１固定部材１５が取り付けられ、他方第２枠
部材１２には、上側締結ボルト１６と下側締結ボルト１
７とを用いて第２固定部材１８が取り付けられている。
また、第１枠部材１１と第２枠部材１２とは、連結部材
１９,１９'と連結ボルト２０,２０'とスプリング２１,
２１'とを用いて互いに連結されている。さらに、第１
枠部材１１と第２枠部材１２とは、固定部材２３,２３'
を用いて互いに位置決めされている。なお、固定部材２
３,２３'は、固定ボルト２４,２４',２５,２５'により
第１枠部材１１に締結されている。

【００１４】ここで、パイプ部材１は、第１固定部材１
５と第２固定部材１８との間に形成された空間部２５内
に配置される。この空間部２５は、カラーリング加工が
施される偏平部３(膨出部４)付近では図１１から明らか
なように上方に開かれている。しかしながら、それ以外
の部分では図１２から明らかなように両固定部材１５,
１８によって閉じられており、これによってパイプ部材
１は両固定部材１５,１８によって強固に固定されてい
る。

【００１５】そして、カラーリング加工時には、パイプ
部材１の偏平部３内に枝管成形部材２６が配置される。
この枝管成形部材２６は、後端部付近では中側枝管部７
の通路断面に対応する形状の横断面をもつが、これより
先端側では先端部に向かって細手となるテーパ状に形成
されている。そして、枝管成形部材２６は、先端部が上
向きとなるように、すなわち先端部が穴部５側に位置す
るように配置され、この状態においては枝管成形部材２
６は、その側面がパイプ部材１の内周面に当接し、軸線
まわりには回転できないようになっている。この枝管成
形部材２６にはねじ穴２６aが設けられ、このねじ穴２
６aには、パイプ部材１の上側から穴部５を通してパイ
プ部材１内に差し込まれた引き上げボルト２８の先端部
が螺入されている。そして、引き上げボルト２８は係止
部材２７によって支持されている。ここで、引き上げボ
ルト２６は係止部材２７によって上下移動は規制されて
いるが、軸線まわりには回転可能となっている。

【００１６】そしてカラーリング加工時には、枝管部引
き上げボルト２６が回転させられ、これに伴って引き上
げボルト２６と螺合している枝管成形部材２６が上向き
に非常に強い力で引き上げられる。このため、枝管成形
部材２６が穴部５を貫通してパイプ部材１の外側に移動
するが、その際穴部５まわりのパイプ壁が上向きに曲げ
変形させられ、これによって膨出部４に枝管成形部材２
６の後端部の断面形状に対応する通路断面をもつ中側枝
管部７が形成される。なお、枝管成形部材２６をテーパ
機構等を用いて下側から押し上げるようにしてもよい。

【００１７】(５)ステップ＃５(端面仕上削り工程) 中側枝管部７の上端部(先端部)に、フライス盤を用いて
端面仕上削り加工を施す。カラーリング加工によって形
成された中側枝管部７の上端部には、図１３(a)中のＳ₁
で示すような細かい凹凸が生じているので、中側枝管部
７の上端部に仕上削り加工を施し、図１３(b)中のＳ₂で
示すように平滑化する。

【００１８】(６)ステップ＃６(曲げ工程) 図１４に示すように、パイプ部材１の両端部近傍の部分
に曲げ加工を施す。かかる曲げ加工によって形成される
第１,第２湾曲部３１,３３の曲率は、かかる曲げ加工に
おけるほぼ最小限界である０.７ＤＲに設定される。か
かる曲げ加工によって、パイプ部材１の両端部には、夫
々中側枝管部７とほぼ同一方向に伸長する第１,第２端
部側枝管部３２,３４が形成される。

【００１９】(７)ステップ＃７(両端切断工程) 図１５に示すように、中側枝管部７と第１,第２端部側
枝管部３２,３４とがほぼ同一の長さとなるように、第
１,第２端部側枝管部３２,３４の先端部が切断される。
なお、この状態において、中側枝管部７の通路断面Ｑ₁
は略楕円形であるが、第１,第２端部側枝管部３２,３４
の通路断面Ｑ₂,Ｑ₃はともに円形である。

【００２０】(８)ステップ＃８(両端成形工程) 図１６に示すように、第１,第２端部側枝管部３２,３４
にプレス加工を施して、第１,第２端部側枝管部３２,３
４の通路断面Ｑ₂',Ｑ₃'を、中側枝管部７の通路断面Ｑ₁
とほぼ同一の略楕円形状に成形する。このように、第
１,第２端部側枝管部３２,３４が、カラーリング加工の
ような複雑な加工方法ではなく、曲げ工程と切断工程と
からなる簡単な加工方法で形成されるので、排気マニホ
ールドの製造工程が簡素化され、生産性が大幅に高めら
れる。

【００２１】(９)ステップ＃９(フランジ取付工程) 図１７及び図１８に示すように、中側枝管部７及び第
１,第２端部側枝管部３２,３４の先端部に、エンジン本
体への取付用フランジ４１を溶接する。ここで、中側枝
管部７と対応する位置においてフランジ４１にはこれを
厚み方向に貫通する第１貫通穴４２が設けられ、また第
１,第２端部側枝管部３２,３４と対応する位置において
フランジ４１には夫々これを厚み方向に貫通する第２,
第３貫通穴４３,４４が設けられている。このフランジ
４１をエンジン本体側にボルト締結することによって、
排気マニホールドがエンジン本体に取り付けられるよう
になっている。

【００２２】(１０)ステップ＃１０(共通排気管取付穴
形成工程) 図１９に示すように、パイプ部材１の本体部の軸線方向
(図１９では左右方向)にみて、中側枝管部７よりやや第
１端部側枝管部３２寄りの部分に、共通排気管取付穴４
６を形成する。

【００２３】(１１)ステップ＃１１(共通排気管取付工
程) 図２０に示すように、パイプ部材１の共通排気管取付穴
４６(図１９参照)まわりのパイプ壁に共通排気管４７を
溶接する。なお、共通排気管４７には、該共通排気管４
７を下流側の排気系(図示せず)に接続するための接続フ
ランジ４８が取り付けられている。

【００２４】かかる製造方法によれば、簡素な設備によ
り、金属製パイプから軽量でかつ排気抵抗の小さい排気
マニホールドを能率的に製造することができる。また、
このようにして製造された排気マニホールドは、枝管部
軸線方向(エンジン幅方向)の長さＨが非常に小さくなる
ので、エンジンのコンパクト化を図ることができる。さ
らに、パイプ部材１と共通排気管４７との溶接部Ｘ
₁が、パイプ部材１(各枝管部７,３２,３４)とフランジ
４１との溶接部Ｘ₂とは近接していないので、各溶接部
Ｘ₁,Ｘ₂の強度が高められる。

【００２５】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、プレス加工
によって膨出部が形成されるので、バルジ成形によって
膨出部を形成する従来の金属パイプ製排気マニホールド
製造方法に比べて、膨出部を形成するための設備と工程
とが大幅に簡素化される。また、パイプ部材の両端部に
簡単な曲げ加工及び切断加工を施すことによって２つの
端部側枝管部が形成されるので、この分だけ複雑なカラ
ーリング加工ないしバーリング加工を行う箇所が少なく
なり、排気マニホールドの製造工程が簡素化され、生産
性が大幅に高められる。

【００２６】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、穴部が長穴
形状とされ、穴部長手方向にみて中間部と各端部との間
に、夫々端部側に向かって直線的に細手となる部分が形
成されているので、カラーリング加工によって形成され
る中側枝管部の先端部に凹部が生じるのが防止される。
このため、中側枝管部の長さないし高さをより大きくす
ることができる。

【００２７】第３の発明によれば、基本的には第１また
は第２の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、
枝管成形部材をパイプ部材の内側から穴部を通してパイ
プ部材外部に移動させるだけで中側枝管部を形成するこ
とができるので、中側枝管部の形成が極めて容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる排気マニホールドの製造方法
を示すフローチャートである。

【図２】 プレス加工前のパイプ部材の立面説明図であ
る。

【図３】 (a)はプレス加工後のパイプ部材の立面説明
図であり、(b)は(a)に示すパイプ部材のＡ−Ａ線断面説
明図であり、(c)は(a)に示すパイプ部材のＢ−Ｂ線断面
説明図である。

【図４】 プレス加工後のパイプ部材の平面説明図であ
る。

【図５】 穴あけ加工後のパイプ部材の平面説明図であ
る。

【図６】 図５中の穴部を拡大して示した図である。

【図７】 穴部の端部近傍を半円形状とした場合の、カ
ラーリング加工後のパイプ部材の斜視説明図である。

【図８】 カラーリング加工後のパイプ部材の立面説明
図である。

【図９】 カラーリング加工後のパイプ部材の平面説明
図である。

【図１０】 カラーリング加工に用いられる成形治具の
一部断面側面立面説明図である。

【図１１】 図１０に示す成形治具のＥ−Ｅ線断面説明
図である。

【図１２】 図１０に示す成形治具のＦ−Ｆ線断面説明
図である。

【図１３】 (a)は端面仕上削り加工前のパイプ部材の
立面説明図であり、(b)は端面仕上削り加工後のパイプ
部材の立面説明図である。

【図１４】 曲げ加工後のパイプ部材の立面説明図であ
る。

【図１５】 両端切断加工後のパイプ部材の立面説明図
である。

【図１６】 両端成形加工後のパイプ部材の立面説明図
である。

【図１７】 フランジ取付加工後のパイプ部材の立面説
明図である。

【図１８】 図１７に示すパイプ部材の平面説明図であ
る。

【図１９】 共通排気管取付穴形成後のパイプ部材の立
面説明図である。

【図２０】 共通排気管取付後のパイプ部材(排気マニ
ホールド)の立面説明図である。

【図２１】 従来の金属パイプ製排気マニホールドの製
造方法の一例を示す図である。

【図２２】 従来の金属パイプ製排気マニホールドの製
造方法のもう１つの例を示す図である。

【符号の説明】

１…パイプ部材 ２…中空部 ３…偏平部 ４…膨出部 ５…穴部 ７…中側枝管部 １０…成形治具 ２６,２６'…枝管成形部材 ２８…引き上げボルト ３１,３３…第１,第２湾曲部 ３２,３４…第１,第２端部側枝管部 ４１…フランジ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直管状金属製パイプ部材の長手方向中寄
   りの所定の部分を、径方向内方にプレス加工することに
   より、径方向外方であって上記プレス方向とは略直交す
   る１つの方向に膨出させ、 パイプ部材の上記膨出部の先端部付近に、パイプ壁を厚
   み方向に貫通する所定の形状の穴部を形成し、 該穴部まわりのパイプ壁に径方向外向きの力をかけ、該
   パイプ壁を径方向外方に曲げ変形させることによって、
   パイプ部材本体部から径方向外方に分岐して突出する中
   側枝管部を形成し、 上記パイプ部材の両端部近傍の部分を所定の小さい曲率
   で湾曲させてパイプ部材の両端部に上記中側枝管部と略
   同一方向に突出する端部側枝管部を形成し、 中側枝管部及び端部側枝管部の先端部に、エンジン本体
   側への取付用フランジを溶接して排気マニホールドを形
   成することを特徴とする排気マニホールドの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された排気マニホールド
   の製造方法において、 穴部を直管状のパイプ部材の長
   手方向に長手となる長穴とし、かつ該穴部の形状を、そ
   の長手方向にみて両端部近傍では、夫々各端部側に向か
   って直線的に先細りとなるように形成して、中側枝管部
   の通路断面をパイプ部材本体部軸線方向に長手となる略
   楕円形とし、 さらに、各端部側枝管部をプレス加工することによっ
   て、該端部側枝管部の通路断面を中側枝管部の通路断面
   とほぼ同じ形状に成形することを特徴とする排気マニホ
   ールドの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された排
   気マニホールドの製造方法において、 後端部近傍では中側枝管部の通路断面に対応する形状の
   横断面をもち、かつ先端部に向かって細手となるテーパ
   状に形成された枝管成形部材を、パイプ部材の内側から
   穴部を通してパイプ部材外へ貫通させることによって、
   中側枝管部を形成することを特徴とする排気マニホール
   ドの製造方法。