JP4554812B2

JP4554812B2 - 排気パイプ

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Publication number: JP4554812B2
Application number: JP2000393172A
Authority: JP
Inventors: 民雄葭野; 庸司田代
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2020-12-25
Also published as: JP2002195030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動二輪車、雪上車、四輪バギー車等のエンジンとマフラーとの間を接続する排気パイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動二輪車用の排気パイプは、ステンレス鋼管を所定の形状に折曲げることによって形成している。この種の排気パイプは、パイプ内を排ガスが円滑に流れることができるとともに、途中で圧力波が不必要に反射することがないように、内径が一定であることが望ましい。
【０００３】
しかし、パイプを折曲げると、曲げ外側の部分が内側へ偏在するようになって曲げ外側の曲率が内側の曲率より小さくなるから、従来の排気パイプにおいては、折曲部分で部分的に偏平となり、排気通路の断面積が小さくなってしまうという不具合があった。
このような不具合は、例えば特開平１０−５８０５１号公報に開示されているように、折曲部分の内部に液体を密封した状態で折曲げ加工を行うことによって、ある程度は解消することができる。
【０００４】
この公報に示された折曲機は、パイプの折曲部分の一端部と他端部の内部に栓部材を挿入して折曲部分内を密封するとともに、一方の栓部材から密封空間内に液体を供給して密封空間内に液体を充填した状態で折曲げ加工を行うものである。この折曲機において、折曲げは、曲げ内側に位置するロールダイと曲げ外側の締型とによってパイプを挟持し、前記液体を所定の圧力に加圧した状態で、ロールダイにパイプを巻き付けることによって行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように液体を加圧した状態でパイプ内に封入して折曲げ加工を行ったとしても、折曲部分で偏平化し断面積が小さくなるのを防ぐことはできなかった。これは、折曲げ中にパイプが長手方向に伸びて折曲部分内の容積が増大し、液体の圧力が低下することが原因であると考えられる。
【０００６】
このため、前記折曲機によって形成した排気パイプは、折曲部分で排気抵抗が増大し、特にエンジンの回転域が高回転域にあるときのエンジンのガス交換性が低くなり、エンジン性能が低下するという問題が生じる。しかも、折曲部分で通路断面積が最小になり、ここで排気の圧力波の一部が反射してしまうから、排気脈動を有効に利用してエンジン性能を向上させることができない。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、パイプ内を排ガスが円滑に流れることができるとともに、途中で圧力波が反射し難い排気パイプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係る排気パイプは、折曲機によって折曲げられた折曲部を有する排気パイプであって、前記折曲部での最小外径を折曲げ前のパイプの外径で除した値に１００を乗算した値である偏平率が９２％以上であり、前記折曲部は、パイプ内に密封した液体を曲率と折曲部分の全長とのうち少なくともいずれか一方に対応する圧力に加圧した後、加圧しながら成形されたものである。
本発明によれば、直線状部分での内径と折曲部分の最小内径との差、すなわちパイプ内側断面積の差を低減することができる。また、本発明に係る排気パイプは、折曲部分の曲率が大きいほど（曲率半径が小さいほど）または折曲部分の長さが長いほど液体の圧力が高くなるように折曲げられ、しかも、折曲げ中に折曲部分内の圧力が低下することがない状態で折曲げられる。このため、曲率が異なる複数の折曲部分または折曲部分の長さが異なる複数の折曲部分を全ての折曲部分で前記偏平率が９２％以上になるように形成することができる。
【０００９】
請求項２に記載した発明に係る排気パイプは、請求項１に記載した発明に係る排気パイプにおいて、曲率半径が最も小さくなる前記折曲部は、曲率半径を排気パイプの外径で除した値が２以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る排気パイプの一実施の形態を図１ないし図１３によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る排気パイプを装着した自動二輪車の側面図、図２は本発明に係る排気パイプを示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は車体左側から見た状態を示す側面図である。図３は曲げ加工装置の平面図、図４は曲げ加工装置の水循環装置の構成を示す図、図５はパイプに栓手段を取付けた状態を示す断面図、図６は密栓機の構成を示す図、図７は加圧機の構成を示す側面図で、同図においては、栓手段を把持するチャック部分を破断した状態で描いてある。
【００１２】
図８は折曲機の平面図、図９は折曲機の背面図である。図１０は多関節ロボットの側面図、図１１は本発明に係る排気パイプの性能と従来の排気パイプの性能とを比較するためのグラフで、同図はエンジン回転数に対する出力の変化を示している。図１２は曲げ加工装置の構成を示すブロック図、図１３は折曲機と密栓機の動作を説明するためのタイムチャートである。
【００１３】
図１において、符号１で示すものは、本発明に係る排気パイプ２を装着した自動二輪車である。この自動二輪車１は、４サイクル単気筒エンジン３を搭載している。符号４は車体フレームを示し、５は前輪、６は後輪、７は操向ハンドル、８はシートを示す。
【００１４】
前記排気パイプ２は、図２に示すように、３箇所を折曲げることによって所定の形状に形成しており、一端部（上流側端部）にエンジン接続用のフランジ１１を溶接している。この排気パイプ２に形成する３箇所の折曲部分を符号１２〜１４で示す。この排気パイプ２の下流側端部には、図１に示すように、後端にマフラー１５を設けた後部排気パイプ１６を接続している。
【００１５】
排気パイプ２の前記折曲部分１２〜１４は、図３中に符号２１で示す曲げ加工装置によって折曲げている。この曲げ加工装置２１は、排気パイプ２内に水を充填するとともに所定の圧力をもって加圧した状態で排気パイプ２を折曲げる構造を採っており、後述する栓手段を用いてパイプ内に水を密封するための密栓機２２と、折曲工程でパイプの基端部を保持するとともにパイプ内の水を加圧する加圧機２３と、パイプの先端部を折曲げる折曲機２４と、栓手段をパイプから取外して水を排出するための開栓機２５と、パイプや栓手段を搬送するための第１および第２の多関節ロボット２６，２７と、水循環装置２８（図４参照）と、上述した各装置を制御する制御装置２９（図１２参照）などを備えている。
【００１６】
前記密栓機２２は、図５に示すように、排気パイプ２を形成するための直管からなる素材パイプ３１の両端部に第１および第２の栓手段３２，３３を取付けて素材パイプ３１内を密閉するとともに、これらの栓手段３２，３３を用いて素材パイプ３１内に水を充填して密封する。
前記第１および第２の栓手段３２，３３は、図５に示すように、素材パイプ３１の端部を嵌入させる有底円筒体３４と、この有底円筒体３４に支持用ボルト３５によって取付けた円筒状のシール用ゴム３６とを備えている。
【００１７】
前記シール用ゴム３６は、素材パイプ３１の内周部に嵌合できるように形成しており、有底円筒体３４の底部３４ａと、前記支持用ボルト３５の内端部に支持させたプレート３７とによって挟持している。前記支持用ボルト３５は、外端部に螺着させたナット３８を締付けることによって、前記プレート３７がシール用ゴム３６を前記底部３４ａ側へ押圧するように形成している。すなわち、前記ナット３８を締付けることによって、シール用ゴム３６は、有底円筒体３４の底部３４ａと前記プレート３７とで軸線方向に挟圧されて径方向へ膨らみ、外周面が素材パイプ３１の内周面に液密になるように全周にわたって密着する。
【００１８】
第１および第２の栓手段３２，３３を素材パイプ３１の両端部に取付けて各栓手段３２，３３のシール用ゴム３６を素材パイプ３１に密着させることによって、素材パイプ３１内が密閉される。
図５において、素材パイプ３１の下端部に取付けた第１の栓手段３２は、前記支持用ボルト３５の軸心部に素材パイプ３１の内外を連通するように貫通孔３９を穿設するとともに、支持用ボルト３５の外端部にカプラ４０を取付けている。
このカプラ４０は、従来からよく知られているように、内部通路に逆止弁４０ａを有し、相手側のカプラ（例えば図６中に符号４１で示す給水用カプラ）を取付けることによって、給水用カプラ４１内に設けられる不図示の逆止弁の押しロッドによって逆止弁４０ａが押し開かれ、この反作用によって給水用カプラ４１側の逆止弁も押し開かれて前記貫通孔３９と相手側カプラ内の通路とが連通し、相手側のカプラを取外すことによって、カプラ４０の逆止弁４０ａと相手側カプラ（給水用カプラ４１）の逆止弁が各々ばね力で閉じる。逆止弁４０ａは脱状態において外部から素材パイプ３１内への空気の浸入を阻止するとともに、素材パイプ３１内から外部に水を洩らさないようにする。給水用カプラ４１側の逆止弁も外部から注水管１０９内への空気の浸入を阻止するとともに、注水管１０９内の水を外部に洩らさないようにする。
【００１９】
他方の第２の栓手段３３は、前記支持用ボルト３５の軸心部を通って素材パイプ３１外へ延びる排出通路４２を形成するとともに、この排出通路４２を開閉する開閉弁４３を取付けている。この開閉弁４３の排出口には、前記カプラ４０とは異なり逆止弁４０ａ相当が配置されない構造のカプラ４４を取付けている。また、支持用ボルト３５と、これに設けた前記プレート３７には、前記排出通路４２の途中から横方向へ延びる空気抜き用の連通孔４５を穿設している。この連通孔４５は、図５に示すように、第２の栓手段３３を素材パイプ３１に取付けた状態で素材パイプ３１内の最も高い位置に開口するように形成している。
【００２０】
これらの栓手段を素材パイプ３１に取付ける密栓機２２は、図６に示すように、素材パイプ３１を上下方向に延びるように立てた状態で保持するパイプ用クランプ装置５１と、第１の栓手段３２を着脱自在に保持する第１のクランプ装置５２と、この第１のクランプ装置５２を昇降させるアクチュエータ５４ａ（図１２参照）と、第２の栓手段３３を着脱自在に保持する第２のクランプ装置５３と、この第２のクランプ装置５３を昇降させるアクチュエータ５４ｂ（図１２参照）と、第１の栓手段３２の前記ナット３８を締付けるための第１のナット締付機５５と、第２の栓手段３３の前記ナット３８を締付けるための第２のナット締付機５６と、第１の栓手段３２のカプラ４０に給水用カプラ４１を着脱させるための第１のカプラ脱着機５７と、第２の栓手段３３のカプラ４４に排水・空気抜き用カプラ５８を着脱させるための第２のカプラ脱着機５９と、第２の栓手段３３の開閉弁４３を駆動するアクチュエータ６０（図１２参照）とを備えている。なお、排水・空気抜き用カプラ５８はカプラ４４と同様に逆止弁を有さない。排水・空気抜き用カプラ５８は第１の排水管１１２の最上位位置において密栓機２２に固定されており、水が洩れることはないからである。
【００２１】
前記第１および第２のクランプ装置５２，５３は、二つの爪６１，６１を第１・第２の栓手段３２，３３の係合溝６２に係合させることによって、これらの栓手段３２，３３を把持するように形成している。第１のクランプ装置５２は、素材パイプ３１の下方に配設し、第２のクランプ装置５３は、素材パイプ３１の上方に配設している。この実施の形態では、素材パイプ３１をパイプ用クランプ装置５１で所定高さ位置に保持した状態で、第１のクランプ装置５２をアクチュエータ５４ａで上昇させることにより、第１のクランプ装置５２で保持した第１の栓手段３２を素材パイプ３１に下方から嵌合させ、第２のクランプ装置５３をアクチュエータ５４ｂで下降させることにより、第２のクランプ装置５３で保持した第２の栓手段３３を上方から嵌合させる。この後、第１のナット締付け機５５でナット３８を締付け、第１の栓手段３２を素材パイプ３１に水密に連結し、第２のナット締付け機５６でナット３８を締付け、第２の栓手段３３を素材パイプ３１に水密に連結する。
【００２２】
第１および第２のナット締付機５５，５６は、それぞれナット３８に嵌合するソケット６３をナット３８に対して進退できるように設けている。前記ソケット６３は、各々独立のモータ６４に歯車結合させてあり、ナット３８に嵌合させた状態で各々のモータ６４によって回転させる。
【００２３】
前記加圧機２３は、図７に示すように、素材パイプ３１の一端に取付けた第１の栓手段３２を着脱自在に保持するクランプ装置６５と、このクランプ装置６５を素材パイプ３１の長手方向に沿って移動させるクランプ装置用アクチュエータ６６（図１２参照）と、第１の栓手段３２のカプラ４０に接続して素材パイプ３１内と後述する高圧ポンプの吐出系とを連通させるための加圧用カプラ６７と、この加圧用カプラ６７を第１の栓手段３２のカプラ４０に着脱させるためのカプラ脱着機６８（図１２参照）と、高圧ポンプと加圧機２３との間の水供給系の空気抜きを行うための空気抜き装置６９とを備えている。
【００２４】
前記クランプ装置６５は、従来からよく知られているように、第１の栓手段３２の円筒部３２ａ内に挿入した爪６５ａを径方向の外側へ移動させて前記円筒部３２ａを保持する構造のものである。クランプ装置用アクチュエータ６６は、図３中に符号７０で示すレールに沿って前記クランプ装置６５を素材パイプ３１の長手方向に前進後退移動させる移動動作と、クランプ装置６５を素材パイプ３１の周方向へ回動させる回動動作とを行えるように構成している。
【００２５】
前記加圧用カプラ６７は、上述した密栓機２２の給水用カプラ４１と同等の構造のもので、図７に示すように、支軸７１によって加圧機２３のフレーム７２に支持させている。支軸７１の内部に水通路（図示せず）を形成し、支軸７１の外端部に取付けた加圧管７３によって後述する高圧ポンプに接続している。
【００２６】
この実施の形態では、前記支軸７１を前記フレーム７２に移動自在に支持させ、圧縮コイルばね７４によってカプラ接続方向（図７においては右方向）へ付勢されるようにしている。この構造を採ることによって、加圧用カプラ６７を第１の栓手段３２のカプラ４０と接続できる位置に移動させることができるとともに、カプラ接続時の衝撃を緩和させることができる。
【００２７】
カプラ脱着機６８は、前記密栓機２２に設けたものと同等の構造のものを使用しており、クランプ装置６５と一体的に移動できるようにしている。
前記空気抜き装置６９は、前記加圧用カプラ６７に着脱する空気抜き用カプラ７５を加圧機２３のフレーム７２に支持部材７６と支持軸７７とを介して支持させている。前記支持軸７７は、軸線が素材パイプ３１の長手方向と平行になる状態で前記クランプ装置６５の真上に配設している。前記支持部材７６は、前記支持軸７７を軸線回りに回動自在に支持するとともに、支持軸７７を軸線方向に移動自在に支持している。図７は、支持軸７７を軸線回りに回動させて空気抜き用カプラ７５をクランプ装置６５の側方へ移動させた状態で描いてある。
【００２８】
前記折曲機２４は、図８および図９に示すように、曲率の小さい（曲率半径の大きい）折曲げを行うための第１のロールダイ８１Ａと、第１のロールダイ８１Ａの下側に配置される曲率の大きい（曲率半径の小さい）折曲げを行うための第２のロールダイ８１Ｂと、第１のロールダイ８１Ａの第１のパイプ保持部８１Ａｂに素材パイプ３１を押付けクランプする第１のシリンダ装置８２Ａと、第２のロールダイ８１Ｂの第２のパイプ保持部８１Ｂｂに素材パイプ３１を押付けクランプする第２のシリンダ装置８２Ｂと、第１および第２のロールダイ８１Ａ，８１Ｂと一体となって回転可能とされるとともに、第１および第２のシリンダ装置８２Ａ，８２Ｂが取付けられる支持台８３と、支持台８３を回転駆動する曲げ加工用アクチュエータ８４と、加工用アクチュエータ８４の他端を回転可能に支持するとともに、一体化された第１および第２のロールダイ８１Ａ，８１Ｂおよび支持台８３を回転可能に支持する基台８５と、この基台８５を上下させる昇降アクチュエータ８５ａと、第１および第２のロールダイ８１Ａ，８１Ｂの回転角を検知する回転角センサ８６を備えている。
【００２９】
前記第１および第２のロールダイ８１Ａ，８１Ｂの外周部には、それぞれ素材パイプ３１が嵌合する断面半円状の溝８１Ａａ，８１Ｂａをロールダイ８１Ａ，８１Ｂの周方向に延びるように形成している。この実施の形態では、曲率が異なる折曲部分を複数のロールダイ８１Ａ，８１Ｂによって成形することができるように、第１および第２のロールダイ８１Ａ，８１Ｂに溝８１Ａａ，８１Ｂａを上下方向に離間させて二つ形成している。
【００３０】
折曲機２４の前記第１および第２のシリンダ装置８２Ａ，８２Ｂは、前記二つの溝８１Ａａ，８１Ｂａに対応するように上下方向に離間させて設けている。
前記アクチュエータ８４は、油圧シリンダ８４ａを駆動源として支持台８３の一端部を押圧する。
【００３１】
前記開栓機２５は、図３に示すように、折曲加工後の素材パイプ３１（排気パイプ２）に取付けられている第１および第２の栓手段３２，３３を保持する第１および第２のクランプ装置８７，８８と、これらのクランプ装置８７，８８が保持した第１・第２の栓手段３２，３３のナット３８を緩めるための第１および第２のナット緩め機８９，９０とを備えている。
【００３２】
この開栓機２５の第１・第２のクランプ装置８７，８８とナット緩め機８９，９０は、密栓機２２で使用したクランプ装置５２，５３とナット締付機５５，５６と略同じ構造になるように形成しており、第１のクランプ装置８７・ナット緩め機８９と、第２のクランプ装置８８・ナット緩め機９０とを水平方向（図３においては左右方向）に並べて配設している。この実施の形態では、第１および第２のクランプ装置８７，８８の間に製品取出し用のシュート９１を配設し、栓手段３２，３３を取外した素材パイプ３１（排気パイプ２）を取出すことができるようにしている。
【００３３】
前記第１および第２の多関節ロボット２６，２７は、図１０に示すように、床９２に固定した基台９３と、この基台９３に支持させた二つのアーム９４，９５と、先端側のアーム９５の先端部に取付けたパイプ把持用のクランプ９６とを備えている。これらの多関節ロボット２６，２７が素材パイプ３１を搬送できる範囲を図３中に二点鎖線で示す。
【００３４】
図３において左側に位置する第１の多関節ロボット２６は、図３中に符号９７で示す素材パイプ用ストッカから素材パイプ３１を密栓機２２に搬送する移送動作と、密栓機２２から素材パイプ３１を加圧機２３および折曲機２４に搬送する移送動作と、図３中に符号９８で示す栓手段用支持台から第１および第２の栓手段３２，３３を密栓機２２に搬送する移送動作と、図３中に符号９９で示す栓手段用移送装置の下流側端部から第１および第２の栓手段３２，３３を前記栓手段用支持台９８に搬送する移送動作とを行う。前記栓手段用移送装置９９は、図３において右側の端部（上流側端部）に載置した第１および第２の栓手段３２，３３を他端部へ移動させる構造のものである。なお、第１の多関節ロボット２６によることなく、素材パイプ用ストッカ９７から第１および第２の栓手段３２，３３の密栓動作領域まで、素材パイプ３１を搬送する搬送装置を、密栓機２２に一体的に設けてもよい。
【００３５】
第２の多関節ロボット２７は、加圧機２３および折曲機２４から素材パイプ３１を開栓機２５に搬送する移送動作と、開栓機２５から素材パイプ３１を製品取出し用シュート９１に搬送する移送動作と、開栓機２５から第１および第２の栓手段３２，３３を前記栓手段用移送装置９９の上流側端部に搬送する移送動作とを行う。図３において、素材パイプ用ストッカ９７と栓手段用支持台９８に隣接するように配置した符号１００で示すものは、不良品を排出するための不良品用シュートである。
【００３６】
前記水循環装置２８は、図４に示すように、水を貯留するための第１および第２の水タンク１０１，１０２と、第１の水タンク１０１の水を第２の水タンク１０２に送る循環ポンプ１０３と、前記密栓機２２に水を供給するための注水ポンプ１０４と、折曲工程で前記加圧機２３に水を供給するための高圧ポンプ１０５などを備えている。
前記第１の水タンク１０１と第２の水タンク１０２は、連通管１０６によって互いに連通させており、循環ポンプ１０３によって両タンク１０１，１０２の水が循環するようにしている。循環ポンプ１０３と第２の水タンク１０２との間には、フィルター１０７を介装している。
【００３７】
前記注水ポンプ１０４および高圧ポンプ１０５は、それぞれ入泡検知センサ１０８を通して第２の水タンク１０２の水を吸込むようにしている。この入泡検知センサ１０８は、各ポンプ１０４，１０５に吸込まれる水に含まれる気泡を検出し、検出データを後述する制御装置２９に出力する。この入泡検知センサ１０８によって気泡が検出されたときには、給水異常として制御装置２９が両ポンプ１０４，１０５を停止させる。
【００３８】
前記注水ポンプ１０４の吐出側は、注水管１０９によって前記給水用カプラ４１に接続しており、給水用カプラ４１が第１の栓手段３２のカプラ４０に接続している状態で素材パイプ３１内に水を供給する。素材パイプ３１の上端部に位置する第２の栓手段３３のカプラ４４に接続した排水・空気抜き用カプラ５８は、出泡検知センサ１１０と流量センサ１１１とを介装した第１の排水管１１２を接続している。この第１の排水管１１２の下流側端部は、第１の水タンク１０１に水を戻すように形成している。
【００３９】
前記出泡検知センサ１１０は、空気抜きが完了したか否かを判定するために設けており、第１の排水管１１２を流れる水に含まれる気泡を検出し、検出データを制御装置２９に出力する。前記流量センサ１１１は、第１の排水管１１２を流れる水の流量を検出し、検出データを制御装置２９に出力する。
【００４０】
前記高圧ポンプ１０５の吐出側は、加圧管７３によって前記加圧機２３の加圧用カプラ６７に接続しており、この加圧用カプラ６７が素材パイプ３１側のカプラ４０や、このカプラと同構造の空気抜き装置の空気抜き用カプラ７５に接続している状態でこれらに水を供給する。空気抜き用カプラ７５は、図４および図７中に符号１１３で示す第２の排水管に接続しており、この第２の排水管１１３によって水や空気を第１の水タンク１０１に排出するようにしている。第２の排水管１１３にも出泡検知センサ１１０を介装し、制御装置２９によって空気抜きが完了したか否かを判定できるようにしている。
【００４１】
高圧ポンプ１０５に接続した前記加圧管７３には、三方弁１１４と圧力センサ１１５とを介装している。三方弁１１４は、高圧ポンプ１０５が吐出した水の供給先を前記加圧用カプラ６７と第１の水タンク１０１の何れか一方に切換えることができるように接続してある。すなわち、この三方弁１１４は、高圧ポンプ１０５と加圧用カプラ６７とが接続される第１の形態と、三方弁１１４を介して高圧ポンプ１０５と第１の水タンク１０１と加圧用カプラ６７とが相互に接続される放圧のための第２の形態を採ることができる。なお、加圧用カプラ６７は給水用カプラ４１と同様、脱状態において外部からの空気の浸入を阻止するとともに、加圧管７３内の水が洩れない逆止弁が設けられている。カプラ７５もカプラ４０と同様の構造を採り逆止弁４０ａと同様の逆止弁を有する。
【００４２】
前記圧力センサ１１５は、前記三方弁１１４より加圧用カプラ６７側で加圧管７３内の水圧を検出し、検出データを制御装置２９に出力する。この実施の形態では、高圧ポンプ１０５として空気駆動式のプランジャポンプを採用し、吐出圧調整装置１１６（図１２参照）が駆動用空気の圧力を変化させることによって、高圧ポンプ１０５の吐出圧が増減するようにしている。前記吐出圧調整装置１１６は、制御装置２９から送出された指令値に対応させて駆動用空気の圧力を増減させる。前記指令値は、前記圧力センサ１１５が検出した水圧と、予め定めた目標水圧とが一致するように制御装置２９が設定する。すなわち、高圧ポンプ１０５の吐出圧が目標水圧に一致するように高圧ポンプ１０５がフィードバック制御される。
【００４３】
前記目標水圧は、排気パイプ２の形状に対応させて設定する。例えば、折曲部分の曲率に対応させて目標水圧を設定する。すなわち、曲率が相対的に大きい（曲率半径が相対的に小さい）折曲部分は、曲率が相対的に小さい折曲部分より水圧が高い状態で折曲げる。折曲中には、折曲げ中の水圧が一定になるように制御したり、折曲部分の曲げ角度が大きくなるほど水圧が高くなるように制御する。
折曲部分の曲げ角度は、折曲機２４に設けた曲げ回転角センサ８６によって検出する。
【００４４】
次に、この実施の形態による曲げ加工装置２１の動作を説明する。
図示していない操作盤のスタートスイッチをＯＮ操作すると、先ず、第１の多関節ロボット２６が素材パイプ用ストッカ９７の素材パイプ３１を把持し、上下方向に延びるように立てた状態で密栓機２２に装填する。密栓機２２に素材パイプ３１が装填されると、先ず、パイプ用クランプ装置５１が素材パイプ３１を保持し、第１および第２のクランプ装置５２，５３およびアクチュエータ５４ａ，５４ｂにより第１および第２の栓手段３２，３３を素材パイプ３１に嵌合させる。なお、これらの栓手段３２，３３は、密栓機２２による前回の注水工程が終了した後に第１の多関節ロボット２６によって栓手段用支持台９８から搬送されたものである。
【００４５】
両栓手段を素材パイプ３１に嵌合させた後、第１および第２のナット締付機５５，５６によって両栓手段のナット３８を締付ける。このとき、第１のナット締付機５５は、ソケット６３を上昇させた後に回転させ、第２のナット締付機５６は、ソケット６３を下降させた後に回転させる。ナット３８の締付けが終了した後、ソケット６３を初期位置に復帰させる。
【００４６】
その後、第１および第２のカプラ脱着機５７，５９が作動を開始し、第１の栓手段３２のカプラ４０に給水用カプラ４１を接続するとともに、第２の栓手段３３のカプラ４４に排水・空気抜き用カプラ５８を接続する。そして、開閉弁４３用アクチュエータ６０が第２の栓手段３３の開閉弁４３を開いた後、注水ポンプ１０４が作動を開始し、素材パイプ３１内に第１の栓手段３２を通して下方から水が供給される。
【００４７】
素材パイプ３１内が水で満たされると、水は第２の栓手段３３の排水通路４２から開閉弁４３を通って第１の排水管１１２に排出されるようになり、この第１の排水管１１２に介装した流量センサ１１１に検出される。これとともに、水に含まれる気泡が出泡検知センサ１１０によって検出される。第１の排水管１１２を流れる水から気泡が検出されなくなるまで上述した状態が維持され、出泡検知センサ１１０からの検知信号により気泡が検出されなくなった後、あるいは流量センサ１１１からの流量信号を積分して得られる総流量が素材パイプ３１を水で充填するに充分な量以上であると確認された後に注水ポンプ１０４が停止するとともに、開閉弁用アクチュエータ６０が開閉弁４３を閉じる。また、第１のカプラ脱着機５７が給水用カプラ４１を第１の栓手段３２のカプラ４０から取外すとともに、第２のカプラ脱着機５９が排水・空気抜き用カプラ５８をカプラ４４から取外す。
この実施の形態で示すように素材パイプ３１を立てて下方から水を注入するとともに上方から空気を流出させることによって、空気抜きを確実に行うことができる。
【００４８】
このように注水工程が終了した後であって、加圧機２３および折曲機２４で先に折曲げ加工されていた素材パイプ３１が搬出された後、第１の多関節ロボット２６が密栓機２２から素材パイプ３１を加圧機２３および折曲機２４に搬送する。この搬送時には、先ず、第１の多関節ロボット２６が密栓機２２の素材パイプ３１を把持し、密栓機２２のパイプ用クランプ装置５１が素材パイプ３１を開放するとともに栓手段用クランプ装置５２，５３が第１および第２の栓手段３２，３３を開放する。次に、第１の多関節ロボット２６が素材パイプ３１を密栓機２２から取出し、加圧機２３および折曲機２４に装填する。
【００４９】
このとき、素材パイプ３１は、両端部が第１および第２の栓手段３２，３３によって閉塞されて水が密封された状態で、基端部（第１の栓手段３２側の端部）が加圧機２３のクランプ装置６５に保持されるとともに、先端部（第２の栓手段３３側の端部）が折曲機２４の第１のクランプ装置８２に保持される。加圧機２３のクランプ装置６５に素材パイプ３１を保持させるときには、第１の栓手段３２のカプラ４０を加圧機２３の加圧用カプラ６７に接続する。
【００５０】
加圧機２３は、上述したように素材パイプ３１を装填する以前に、少なくとも１回は高圧ポンプ１０５と加圧用カプラ６７との間の水通路の空気抜きを行っておくか、折曲げ生産性向上のため素材パイプ３１の折曲げ本数が数十本、数百回あるいは１ロット本数毎に空気抜きが実施される。この空気抜きは、空気抜き装置６９のカプラ７５を加圧用カプラ６７に接続し、高圧ポンプ１０５によって水を循環させて行い、第２の排水管１１３に設けた出泡検知センサ１１０によって水中の気泡が検出されなくなったときに終了する。空気抜き工程が終了すると、加圧用カプラ６７が空気抜き用カプラ７５から脱とされる。
【００５１】
素材パイプ３１を加圧機２３と折曲機２４に装填した後、第１の多関節ロボット２６は密栓機２２に新たに第１および第２の栓手段３２，３３を装填し、次の素材パイプ３１を素材パイプ用ストッカ９７から密栓機２２へ搬送する。なお、第１および第２の栓手段３２，３３は、予め複数組用意しておき、栓手段用支持台９８に載置させておく。このように次の素材パイプ３１が密栓機２２に装填された後、密栓機２２は再び注水作業を行う。すなわち、折曲げ加工を加圧機２３と折曲機２４で行っている一方で、次の素材パイプ３１に対して注水が密栓機２２によって行われる。
【００５２】
加圧機２３と折曲機２４に素材パイプ３１を装填した後に、高圧ポンプ１０５を作動させて素材パイプ３１内の水の圧力を上昇させる。この圧力上昇時には、折曲部分の曲率に対応させて設定した目標水圧の約９０％の圧力に達した後にフィードバック制御によって目標水圧まで徐々に昇圧させる。
目標水圧に達した後、折曲機２４の曲げ加工用アクチュエータ８４によって支持台８３を駆動し、素材パイプ３１をロールダイ８１に巻き付けるようにして折曲げる。
【００５３】
この折曲げ加工は、素材パイプ３１の基端部を加圧機２３で保持するとともに、先端部を上側の第１のロールダイ８１Ａの第１のパイプ保持部８１Ａｂに第１のシリンダ装置８２Ａのピストン先端部８２Ａａを押付けてクランプした状態で、加工用アクチュエータ８４のピストンを伸長し、素材パイプ３１の先端部より加圧機２３寄り部を第１のロールダイ８１Ａの溝８１Ａａに巻き付けるようにして行う。また、この折曲げは、曲げ回転角センサ８６によって検出した角度が折曲部分の設計上の折曲げ角度に達するまで行う。折曲げ加工時に加圧機２３は、折曲げ時に素材パイプ３１に過大な引張り荷重が加えられることがないように、折曲工程中に折曲機２４側（図３においては右側）へクランプ装置６５を移動させる。
【００５４】
折曲げ時には、クランプ装置６５の移動によっても素材パイプ３１の長手方向の伸びは僅かに発生するので、折曲部分内の容積が増大して水圧が低下する。しかし、高圧ポンプ１０５と素材パイプ３１内との間の圧力センサ１１５によって圧力低下が検出され、素材パイプ３１内の水圧が目標水圧を保つように高圧ポンプ１０５の吐出圧がフィードバック制御される。このため、折曲工程の全域にわたって折曲部分内が目標水圧に維持される。前記目標水圧は、折曲げ角度が大きくなる（折曲部分の長さが長くなる）にしたがって徐々に増大させる。
【００５５】
この実施の形態では、図２に示した排気パイプ２の３箇所の折曲部分１２〜１４を下流側から順に折曲げる。すなわち、折曲機２４の第１のパイプ保持部８１Ａｂと第１のシリンダ装置８２Ａで素材パイプ３１を保持した状態で最も下流側の折曲部分１２と中央の折曲部分１３とを折曲げ、第２のパイプ保持部８１Ｂｂと第２のシリンダ装置８２Ｂで素材パイプ３１を保持した状態で最も上流側の折曲部分１４を折曲げる。
【００５６】
最も下流側の折曲部分１２を折曲げた後に中央の折曲部分１３を折曲げるためには、先ず、下流側の折曲部分１２の折曲げが終了した後に折曲機２４のピストン先端部８２Ａａを後退させて素材パイプ３１を開放させるとともに曲げ加工用アクチュエータ８４を初期位置に復帰させる。この段取り替え時には、高圧ポンプ１０５から水が第１の水タンク１０１へ戻されるように三方弁１１４を切換える。次に、加圧機２３のクランプ装置６５を回転させるとともに折曲機２４側へ移動させ、中央の折曲部分１３を形成する部位を第１のロールダイ８１Ａの溝８１Ａａに嵌合させる。
【００５７】
そして、第１のパイプ保持部８１Ａｂにピストン先端部８２Ａａを押付けて素材パイプ３１の先端部を再び保持させ、折曲機２４の曲げ加工用アクチュエータ８４を作動させて中央の折曲部分１３を折曲げる。折曲げ時には、三方弁１１４を切換えて高圧ポンプ１０５から素材パイプ３１内に水圧を作用させ、前回の折曲げ時と同様に高圧ポンプ１０５の吐出圧力をフィードバック制御する。中央の折曲部分１３は、下流側の折曲部分１２と同じ曲率を有するが曲げ角度は小さい（折曲部分が鈍角）ので、折曲部分１２より目標水圧を低く設定される。曲げ角度が小さい場合、偏平になり難いので大きな水圧を必要としないからである。
【００５８】
中央の折曲部分を折曲げた後、ピストン先端部８２Ａａを後退させて排気パイプ３１を開放させるとともに曲げ加工用アクチュエータ８４を初期位置に復帰させ、折曲機２４の基台を上下させる昇降アクチュエータ８５ａを駆動して基台を上昇させる。この段取り替え時にも高圧ポンプ１０５から水が第１の水タンク１０１へ戻されるように三方弁１１４を切換える。
前記上昇動作によって、折曲機２４の第２のパイプ保持部８１Ｂｂと第２のシリンダ装置８２Ｂで素材パイプ３１の先端部を保持できるようになる。加圧機２３のクランプ装置６５は、上述したように下降した後に素材パイプ３１を回転させるとともに折曲機２４側へ移動し、最後の折曲部分１４をロールダイ８１の下側の溝８１ｂに嵌合させる。
【００５９】
この位置決めが終了した後に、折曲機２４の第２のパイプ保持部８１Ｂｂと第２のシリンダ装置８２Ｂで素材パイプ３１の先端部を保持させ、曲げ加工用アクチュエータ８４を作動させて最後の折曲部分１４を折曲げる。この折曲げ時にも、三方弁１１４を切換えて高圧ポンプ１０５から素材パイプ３１内に水圧を作用させ、高圧ポンプ１０５の吐出圧力をフィードバック制御する。折曲部分１４は他の部分より曲率が大きく（曲率半径が小さく）第２のロールダイ８１Ｂの下側の溝８１Ｂａの溝半径が上側の溝８１Ａａの溝半径より大きい場合には、折曲時の目標水圧を曲率に対応させて増大させる。なお、曲げ完成品の曲率半径より、ロールダイの溝半径を僅かに小さくし、かつ曲げ完成品の曲げ角度より、折曲機２４における折曲げの曲げ角度を大きくし、スプリングバック現象が起きても正しい完成品形状が得られるようにする。
【００６０】
３箇所の折曲部分１２〜１４を折曲げた後には、高圧ポンプ１０５による加圧を停止するとともに、素材パイプ３１内を減圧させる。このときには、三方弁１１４を切換え、高圧ポンプ１０５と第１の水タンク１０１および素材パイプ３１内を連通させ、素材パイプ３１内の水圧を低下させて高圧ポンプ１０５を停止させる。
その後、第２の多関節ロボット２７に素材パイプ３１を把持させ、加圧機２３のカプラ脱着機６８によって第１の栓手段３２のカプラ４０から加圧用カプラ６７を外すとともに、加圧機２３と折曲機２４から素材パイプ３１を取外す。
【００６１】
折曲げ後の素材パイプ３１は、第２の多関節ロボット２７が開栓機２５に搬送し、第１の栓手段３２を開栓機２５の第１のクランプ装置８７に装填する。このように第２の多関節ロボット２７によって素材パイプ３１を加圧機２３および折曲機２４から取外した後、加圧機２３および折曲機２４は、第１の多関節ロボット２６によって密栓機２２から次の素材パイプ３１が搬送され、この素材パイプ３１に対して曲げ加工を行う。
【００６２】
前記開栓機２５の第１のクランプ装置８７に素材パイプ３１の一端の第１の栓手段３２が装填されると、この第１のクランプ装置８７が第１の栓手段３２を保持した状態で第１のナット緩め機８９が第１の栓手段３２のナット３８を緩める。このようにナット３８を緩めた後、第２の多関節ロボット２７が素材パイプ３１を第１のクランプ装置８７から引出すようにして外す。この作業によって、第１の栓手段３２が開栓機２５に残り、素材パイプ３１から外れる。素材パイプ３１内に充填されていた水は、開栓機２５の下方に設けた排水装置（図示せず）に流下し、第１の水タンク１０１に戻される。
【００６３】
次に、第２の多関節ロボット２７が第２の栓手段３３を開栓機２５の第２のクランプ装置８８に装填する。この第２のクランプ装置８８でも第１のクランプ装置８７での取外し作業と同一の作業が行われ、第２の栓手段３３が素材パイプ３１から取外される。このように素材パイプ３１の両端から栓手段３２，３３を取外した後、第２の多関節ロボット２７が素材パイプ３１を製品取出し用シュート９１に載置させる。このシュート９１によって素材パイプ３１が製品取出し口（図示せず）に移動する。
【００６４】
上述したように素材パイプ３１をシュート９１に搬送した第２の多関節ロボット２７は、開栓機２５に残存する第１および第２の栓手段３２，３３を栓手段用移送装置９９の上流側端部に搬送し、加圧機２３および折曲機２４での次の素材パイプ３１に対する折曲げ加工が終わるのを待機する。栓手段用移送装置９９に載置された二つの栓手段３２，３３は、栓手段用移送装置９９の下流側端部まで移送された後、第１の多関節ロボット２６によって栓手段用支持台９８に搬送される。
【００６５】
このように構成したパイプ用曲げ加工装置２１においては、図１３に示すように、加圧機２３・折曲機２４での折曲げ作業と、密栓機２２での注水・密封作業とが同時に行われる。なお、図１３には示していないが、開栓作業も折曲げ加工と平行して行われる。このため、１本の素材パイプ３１に対して上述した各作業を順次行って製造する場合に較べて待機時間が少なくなり、加工時間を可及的短くすることができる。
【００６６】
このパイプ用曲げ加工装置２１によって折曲げられた排気パイプ２の折曲部は、パイプ内に密封した水を曲率に対応する圧力で加圧しながら折曲げているから、折曲げ中に折曲部分内の圧力が低下することがなく、折曲げ時に曲げ外側が内側へ凹むように変形することがない。この結果、折曲部分での偏平率が９２％以上になるように成形できた。ここでいう偏平率とは、外形が円形のほぼ均一肉厚のパイプが前記折曲部で変形し、略楕円形となるが、この略楕円形の短径（前記折曲部での最小外径）を折曲げ前のパイプ外径で除した値に１００を乗算した値である。また、この実施の形態で示したように、１本の排気パイプ２に複数の折曲部分１２〜１４を形成する場合であっても、それぞれの折曲部分の曲率に対応させて水圧を設定しているから、全ての折曲部分で偏平率が９２％以上になるように成形することができる。
【００６７】
また、折曲部分の曲げ角度が大きいほど水圧を増大させて折曲げているから、折曲げ中に折曲部分内の圧力が低下するのを阻止することができる。このため、折曲部分の曲げ角度が大きくても偏平率が高くなるように折曲げることができ、この実施の形態で示したように、この折曲部分の長さが異なる３箇所の折曲部分を全ての折曲部分で前記偏平率が９２％以上になるように成形することができた。
【００６８】
折曲部分の偏平率が９２％以上の排気パイプ２は、直線状部分での内径と折曲部分の内径との差、すなわちパイプ内側の断面積の差が少なくなり、パイプ内を排ガスが円滑に流れることができるとともに、途中で圧力波が反射することが少なくなる。
このため、この排気パイプ２を用いることによってエンジン３の出力を向上させることができる。この排気パイプ２を取付けたエンジン３の出力変化と、従来の排気パイプ２を取付けたエンジン３の出力変化の違いを図１１に示す。
【００６９】
図１１においては、この実施の形態による曲げ加工装置２１によって成形した排気パイプ２を用いた場合を実線で示し、従来の排気パイプ２を用いた場合を破線で示している。同図から明らかなように、この実施の形態による曲げ加工装置２１によって成形した排気パイプ２を用いることによって、高回転域での出力（最大出力）が増大する。
【００７０】
（第２の実施の形態）
密栓機は図１４に示すように構成することができる。
図１４は密栓機の他の実施の形態を示す側面図で、同図において、前記図１ないし図１３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
【００７１】
図１４に示す密栓機２２は、水を貯留した水槽２０１の底に、素材パイプ３１を保持するためのパイプ用クランプ装置５１と、第１および第２の栓手段３２，３３を着脱自在に保持する第１および第２のクランプ装置５２，５３とを配設し、水槽２０１の中（水中）で素材パイプ３１に第１および第２の栓手段３２，３３を取付ける構造を採っている。
【００７２】
両栓手段３２，３３のナット３８を締付けるナット締付機５５，５６は、ソケット６３を支持する軸２０２のみを水槽内に側方から挿入している。この軸２０２は、水槽２０１の側壁２０３に設けたシール部材２０４を貫通しており、回転と軸線方向への平行移動を行っても水が水槽外に漏洩することがないようにしている。
【００７３】
このように構成した密栓機２２においては、第１の多関節ロボット２６によって素材パイプ３１を斜めに傾斜させた状態で水槽中に浸漬させ、パイプ用クランプ装置５１に保持させた状態で第１および第２の栓手段３２，３３を取付ける。
この取付け作業が終了することによって、素材パイプ３１内に水が密封される。
すなわち、第１の実施の形態を採る場合で行う空気抜き作業が不要になる。このため、第２の栓手段３３は、空気抜きをするための構造を採らなくてよいから、単なる盲栓として機能するだけの簡単な構造に形成することができる。
【００７４】
【実施例】
上述した実施の形態で示した排気パイプ２は、材質がＳＵＳ３０４Ｌで、外形が円形で外径が約３８mm、厚みがほぼ均一の０．８mmの素材パイプ３１を曲げ加工することによって形成した。折曲部分の曲率半径は、３箇所とも約６０mm（溝の半径は５８mm）とし、折曲げ時の水圧は、折曲げ角度が３３．５°の場合は１１０kg／cm²、折曲げ角度が１８０°の場合は１５５kg／cm² とした。
このような条件で折曲げを行ったところ、偏平率は９７％であった。なお、上記実施の形態の排気パイプは、外形が円形で略均一肉厚をもつステンレス製のものであったが、本願発明はこれのみに限らず、外形が円形で偏肉した排気パイプや、外形が矩形、あるいは多角形の排気パイプや、材料面において普通鋼パイプに溶融アルミメッキをしたもの、あるいは耐熱性の銅系合金製のものにも適用可能である。外形が異形あるいは均一肉厚をもたないパイプにおいても、パイプ内側に内圧を加えて折曲げ成形し、折曲により外径が縮む側での最小外径をこの最小外径を測定した箇所に相当する折曲げ前のパイプ外径で除した値に１００を乗算した値である偏平率が９２％以上であるものは、折曲げ部で排気脈動を乱さず、排気脈動を有効に活用可能である。
【００７５】
すなわち、真直部の形状および折曲げ方向によっては、折曲げ部でパイプ内側の断面積が減少するもののみでなく、増加するものもある（折曲により外径が縮む側での折曲げ前外径が折曲により外径が伸びる側の折曲げ前外径より大きい場合等）。増加するものでは折曲げ部が膨張室として機能してしまい、１８０°位相がずれた反射波がエンジン側に戻るようになり、エンジンの排気脈動を乱し、性能を低下させてしまうが、偏平率が９２％以上であるものはこのようなことがなく、排気脈動を有効に活用可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、折曲部分の内径と直線状部分での内径との差を低減することができるから、パイプ内を排ガスが円滑に流れることができるとともに、途中で圧力波が反射し難い排気パイプを提供することができる。
【００７７】
また、本発明によれば、折曲部分の曲率が大きいほど液体の圧力が高くなるように折曲げ、しかも、折曲げ中に折曲部分内の圧力が低下することがない状態で折曲げることにより、曲率が異なる複数の折曲部分を全ての折曲部分で前記偏平率が９２％以上になるように形成することができる。したがって、排気抵抗が小さくしかも排気脈動を有効に利用できる排気パイプを複雑な形状に形成することができる。
【００７８】
さらに、本発明によれば、折曲部分の長さが長いほど液体の圧力が高くなるように折曲げ、しかも、折曲げ中に折曲部分内の圧力が低下することがない状態で折曲げることにより、折曲部分の長さが異なる複数の折曲部分を全ての折曲部分で前記偏平率が９２％以上になるように形成することができる。したがって、排気抵抗が小さくしかも排気脈動を有効に利用できる排気パイプを複雑な形状に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気パイプを装着した自動二輪車の側面図である。
【図２】本発明に係る排気パイプを示す図である。
【図３】曲げ加工装置の平面図である。
【図４】曲げ加工装置の水循環装置の構成を示す図である。
【図５】パイプに栓手段を取付けた状態を示す断面図である。
【図６】密栓機の構成を示す図である。
【図７】加圧機の構成を示す側面図である。
【図８】折曲機の平面図である。
【図９】折曲機の背面図である。
【図１０】多関節ロボットの側面図である。
【図１１】本発明に係る排気パイプの性能と従来の排気パイプの性能とを比較するためのグラフである。
【図１２】曲げ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】折曲機と密栓機の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】密栓機の他の実施の形態を示す側面図である。
【符号の説明】
２…排気パイプ、２２…密栓機、２３…加圧機、２４…折曲機、２５…開栓機、２６…第１の多関節ロボット、２７…第２の多関節ロボット、３１…素材パイプ、３２…第１の栓手段、３３…第２の栓手段。

Claims

折曲機によって折曲げられた折曲部を有する排気パイプであって、前記折曲部での最小外径を折曲げ前のパイプの外径で除した値に１００を乗算した値である偏平率が９２％以上であり、
前記折曲部は、パイプ内に密封した液体を曲率と折曲部分の全長とのうち少なくともいずれか一方に対応する圧力に加圧した後、加圧しながら成形されたものであることを特徴とする排気パイプ。
請求項１記載の排気パイプにおいて、曲率半径が最も小さくなる前記折曲部は、曲率半径を排気パイプの外径で除した値が２以下であることを特徴とする排気パイプ。