JP4785444B2

JP4785444B2 - 管体の成形方法

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Publication number: JP4785444B2
Application number: JP2005188612A
Authority: JP
Inventors: 加津男谷川; 直之小林; 真次清家
Original assignee: Hirotec Corp
Current assignee: Hirotec Corp
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: JP2007007671A

Description

本発明は、金属材で構成された管体を成形する際に用いられる管体の成形方法に関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されているように、自動車等に搭載される内燃機関の排気系には、排気ガスを浄化するためのモノリス触媒が設けられている。このモノリス触媒は、金属材で構成された管体からなるケースに収容されている。モノリス触媒の外周面にはマット部材が巻き付けられていて、該マット部材により、モノリス触媒がケース内で位置ずれしないように保持されるとともに、モノリス触媒の外周面とケースの内周面との間がシールされて排気ガスが両者の間を通って下流側へ洩れないようになっている。

また、モノリス触媒の触媒成分は、常温よりも高温の活性温度に達するまでは浄化性能が低いという性質を持っていることから、特許文献１のように、モノリス触媒のケースを排気マニホールドの下流端部に直接取り付けることが行われている。これにより、比較的高温の排気ガスをモノリス触媒に当てることが可能になって、触媒を早期に活性化させることができる。

さらに、特許文献１では、排気マニホールドの下流端部とモノリス触媒のケースの上流端部との接続部に、排気通路の壁面の周方向に沿って延びるように形成された環状部材が設けられている。この環状部材には、該環状部材の中心線へ向かって延出する延出部が設けられている。この環状部材の延出部により、排気マニホールドからケースに流入する排気ガスの流れを拡散して排気ガスが触媒の一部に集中して流れるようになるのを抑制することができる。これにより、触媒の損傷を低減できるとともに、モノリス触媒の反応面を有効に活用して排気ガスを効果的に浄化することができる。さらに、延出部が排気通路の内方へ向かって延出しているので、排気ガスの強い流れがモノリス触媒とケースとの間のマット部材に当たるのを抑制することができて、該マット部材の損傷を低減することができる。
特開２００１−１０７７２８号公報

ところが、特許文献１のように排気マニホールドとモノリス触媒のケースとの接続部に、これら排気マニホールド及びケースとは別体の環状部材を設けると、部品点数が増加するとともに、該環状部材を排気マニホールドやケースに一体化する際の溶接工程が必要になり、排気系の製造コストが高騰してしまう。つまり、排気系を構成する部材のような管体に該管体の中心線へ向かって延出する延出部を設ける場合に、製造コストの低減を図りたいという要求がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、管体の中心線へ向かって延出する延出部を該管体に一体成形できるようにすることで、部品点数が増加するのを回避して、管体に延出部を設けるのに要するコストを低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、管体に設定した第１領域と第２領域とのうち少なくとも第２領域を折り曲げて第１領域及び第２領域を管体の中心線に接近させた後、第１領域を切除してから、第２領域をさらに折り曲げて延出部とするようにした。

具体的には、請求項１の発明では、金属材で構成された管体の中心線方向一端部に該中心線へ向かって延出する環状の延出部を、上記管体の側面視で該管体の本体部分とのなす角度が１００゜以下となるように成形する際に用いる管体の成形方法を対象とする。

そして、中心線方向一端側が該中心線方向に延びとともに該一端部が開口した管体を用意し、該管体の中心線方向一端部から他端側へ上記延出部の延出長さよりも短い所定長さの範囲に亘って設定した第１領域と、該第１領域から他端側へ上記延出部の延出長さの範囲に亘って設定した第２領域とのうち少なくとも第２領域をスピニング加工法を用いて第１の所定折り曲げ量だけ折り曲げることにより、上記第１領域及び第２領域を上記管体の中心線に接近させる第１折り曲げ工程と、上記第１折り曲げ工程の後、上記第１領域を上記第２領域から切除する切除工程と、上記切除工程の後、上記第２領域をスピニング加工法を用いて上記管体の内方へ向けて、上記第１の所定折り曲げ量よりも小さい第２の所定折り曲げ量だけ折り曲げることにより該第２領域を上記延出部とする第２折り曲げ工程とを備えている。

この構成によれば、管体の少なくとも第２領域が第１折り曲げ工程を経て折り曲げられて第１領域及び第２領域が管体の中心線に接近すると、これら第１領域及び第２領域は、管体の本体部分よりも縮径することになる。この縮径により、管体の第１領域及び第２領域は圧縮力を受けるので、例えば波打ったように変形しようとする。このとき、第２領域は管体の本体部分に連続しており、さらに、この第２領域のうち本体部分が連続している側と反対側には第１領域が連続している。このように、第２領域に管体の本体部分と第１領域とが連続していることによって、第２領域の剛性が確保されている。従って、上記第１折り曲げ工程で第２領域が圧縮力を受けても、該第２領域が波打ったように変形するのが抑制されて割れの発生が無くなる。一方、第１領域のうち第２領域が連続している側と反対側には連続する部分が無いので、該第１領域の剛性は比較的低い。従って、第１領域は、上記第１折り曲げ工程で受ける圧縮力によって変形して割れることがある。この第１領域は、その後の切除工程で第２領域から切除されるため、第１領域の変形やその変形による割れは管体の最終形状には影響しない。

そして、第２折り曲げ工程で第２領域が管体の内方へ向けて折り曲げられる。このとき、第２領域は縮径されるので圧縮力を受けるが、上記したように第２領域を第１折り曲げ工程で予め折り曲げている分、第２折り曲げ工程での第２領域の折り曲げ量は少なくてすむため、第２領域が受ける圧縮力は小さいものとなる。これにより、第２領域の変形及びその変形による割れを回避して、該第２領域により延出部を管体に一体成形することが可能になる。

また、第１領域と第２領域とのうち少なくとも第２領域がスピニング加工法により折り曲げられて、第１領域及び第２領域が管体の中心線に接近する。

また、第２領域がスピニング加工法により管体の内方に折り曲げられて延出部となる。

また、第１折り曲げ工程及び第２折り曲げ工程により、管体の本体部分と第２領域とのなす角度が１００゜以下となるまで該第２領域が折り曲げられて延出部となる。このように管体の本体部分と第２領域とのなす角度が１００゜以下となると、第２領域の縮径の度合いが大きくなって、該第２領域が受ける圧縮力が大きくなる。この場合に、第１折り曲げ工程の後に第１領域を切除する工程を経ることによって第２領域に割れの発生が無くなるという請求項１の発明の作用がより顕著なものとなる。

また、管体から切除される第１領域の中心線方向の長さが第２領域の中心線方向の長さよりも短いので、第１領域を設定することによる歩留まりの悪化を抑制することが可能になる。

請求項１の発明によれば、管体の中心線方向一端側に設定した第１領域及び第２領域のうち少なくとも第２領域を折り曲げて第１領域及び第２領域を管体の中心線に接近させてから第１領域を切除し、その後、第２領域を折り曲げて延出部としたので、変形や割れの無い延出部を管体に一体成形することができる。これにより、部品点数の増加を招くことなく低コストで所期の形状の延出部を管体に設けることができる。

また、第１折り曲げ工程でスピニング加工法を用いるようにしたので、第１折り曲げ工程を簡単にすることができる。

また、第２折り曲げ工程でスピニング加工法を用いるようにしたので、第２折り曲げ工程を簡単にすることができる。

また、管体の本体部分と延出部とのなす角度が１００゜以下となるまで第２領域を折り曲げて該第２領域が受ける圧縮力が大きくなる場合に、切除工程を経ることによって変形や割れの無い延出部を管体に一体成形することができるという請求項１の発明の効果をより顕著なものとすることができる。

また、第１領域の中心線方向の長さを第２領域の中心線方向の長さよりも短くしたので、歩留まりの悪化を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る管体の成形方法を用いて成形されたモノリス触媒用ケース１と、このケース１が取り付けられた排気マニホールド３とを示すものである。この実施形態の説明では、管体の成形方法について説明する前に、上記ケース１やモノリス触媒２、排気マニホールド３の構造について説明する。

上記ケース１は、両端が開口した管状をなしており、中心線方向一端部（図１及び図２の上側の端部）には、自動車用エンジン（図示せず）に取り付けられる排気マニホールド３の排気流れ方向下流端部が接続され、中心線方向他端部（図１及び図２の下側の端部）には、図示しないが、排気マフラに接続される接続管の上流端部が接続されている。排気マニホールド３の上流側は、エンジンの気筒数と同数に分岐した分岐管４で構成されている。各分岐管４の上流端部がエンジンの排気ポートに接続されている。排気マニホールド３の下流端部は、略円形に開口する接続口５とされている。上記ケース１の中心線方向一端部は、排気マニホールド３の接続口５の内側に嵌り込むようになっている。これらケース１と排気マニホールド３とは溶接されている。

また、上記排気マニホールド３の分岐管４と接続口５との間には、該排気マニホールド３内の排気通路に臨むように空燃比センサ６が設けられている。このように空燃比センサ６を分岐管４よりも下流側に位置付けることで、空燃比センサ６は各気筒からの排気ガスが混ざり合う箇所に位置することになり、エンジンの空燃比フィードバック制御が適切に行えるようになる。

上記モノリス触媒２は、一般に自動車用エンジンの排気系に設けられているものであり、円柱状をなす触媒担体と、該触媒担体に担持された触媒成分とで構成されている。触媒担体は、高密度のハニカム状に形成されていて、中心線方向に延びる多数の通路を備えている。触媒成分は、例えば白金等を含む排気ガス浄化用のもので、触媒担体の通路壁面に担持されている。排気ガスは、上記触媒担体の通路を通過する際に触媒成分の触媒作用により浄化されるようになっている。

上記モノリス触媒２の外周面には、略全周に亘ってマット部材１０が巻き付けられている。このマット部材１０は、シリカ・アルミナ系セラミックファイバー、未膨張バーミキュライト及び無機繊維やこれらの混合物をシート状に成形してなるものである。このマット部材１０は、モノリス触媒２に巻き付けられた状態でケース１の内周面により縮径する方向に圧縮されて、モノリス触媒２に密着している。これにより、モノリス触媒２がケース１内で位置ずれしないようにマット部材１０で保持されるとともに、モノリス触媒２の外周面とケース１の内周面との間がマット部材１０でシールされて、ケース１内に流入した排気ガスがモノリス触媒２の外周面とケース１の内周面との間を通って下流側へ洩れないようになっている。

上記ケース１は、ステンレス鋼等の鉄系材料で構成されている。ケース１の中心線方向一端部には、図２に示すように、該ケース１の中心線へ向かって延出する環状の延出部１１が一体成形されている。この延出部１１の延出方向先端部には円形の流入口１２が形成され、排気ガスはこの流入口１２からケース１内に流入するようになっている。延出部１１の延出長さは、ケース１を中心線方向一端側から見たときに延出部１１がマット部材１０を覆い、延出部１１の先端部が、モノリス触媒２の外周部と重なるように設定されている。このように延出部１１の延出長さを設定することで、排気マニホールド３からケース１に流入する排気ガスの流れが延出部１１により拡散されて排気ガスがモノリス触媒２の一部に集中して流れるようになるのが抑制される。これにより、モノリス触媒２の損傷を低減することが可能になるとともに、モノリス触媒２の反応面が有効に活用されて排気ガスを効果的に浄化することが可能になる。さらに、延出部１１の形状が排気通路の内方へ向かって延出する形状とされているので、排気マニホールド３から流入した排気ガスの強い流れがモノリス触媒２とケース１との間のマット部材１０に当たるのが抑制され、該マット部材１０の損傷を低減することが可能になる。

ケース１の中心線方向他端側には、図１に示すように、縮径部１３が設けられている。この縮径部１３の下流端部には、円形の流出口１４が形成され、ケース１内の排気ガスはこの流出口１４からケース１外へ流出するようになっている。

次に、ケース１の成形方法について説明する。この実施形態の成形方法では、スピニング加工装置によるスピニング加工法を用いている。スピニング加工装置は、モータ等により回転駆動される回転主軸と、該回転主軸の端部に固定されたマンドレル（共に図示せず）と、ローラ１５（図３（ｂ）に仮想線で示す）とを備えている。また、このスピニング加工装置により成形される前のケース１は、その中心線方向両端部に亘って該中心線方向に延びかつ略同じ大きさの円形断面を有するように形成されている。

まず、ケース１の中心線方向一端部から他端側へ所定長さの範囲に亘って第１領域２０を設定する。この第１領域２０は、図３（ａ）に示すケース１の一点鎖線Ｘよりも右側の部分であり、後述する切除工程で切除される。この第１領域２０の形状は、ケース１の周方向に連続する帯状とされ、第１領域２０の幅である中心線方向の長さは、周方向の全体に亘って略同じである。

また、上記ケース１の第１領域２０から中心線方向他端側へ上記延出部１１の延出長さの範囲に亘って第２領域２１を設定する。この第２領域２１は、図３（ａ）に示すケース１の一点鎖線ＸとＹとの間の部分であり、上記延出部１１となる。この第２領域２１も第１領域２０と同様にケース１の周方向に連続する帯状とされている。第２領域２１の幅である中心線方向の長さは、周方向の全体に亘って略同じである。上記第１領域２０の幅は、第２領域２１の幅よりも短く設定しておく。また、この段階では、ケース１の本体部分２２、第１領域２０及び第２領域２１は直線状に延びている。従って、ケース１の側面視で、ケース１の本体部分２２と第２領域２１とのなす角度αは１８０゜となっている。

その後、上記第１領域２０及び第２領域２１を設定したケース１をスピニング加工装置の回転主軸に回転一体に固定する。そして、図３（ｂ）に示すように、回転主軸を回転させながら、ローラ１５を、ケース１の第１領域２０と第２領域２１とに外周面から押し当てる。このとき、ローラ１５を揺動させてケース１の第１領域２０と第２領域２１との間で往復動させる。これにより、ケース１の第１領域２０及び第２領域２１が折り曲げられてケース１の本体部分２２よりも中心線に接近した状態となる。

そして、図３（ｃ）に示すように、上記第２領域２１をさらに曲げていくと、第１領域２０及び第２領域２１がケース１の中心線にさらに接近する。この状態では、図４にも示すように、第２領域２１のうち本体部分２２との境界近傍と、第１領域２０との境界近傍とが折れ曲がっている。一方、第２領域２１のうち本体部分２２との境界近傍と、第１領域２０との境界近傍との間は、略直線状に延びている。また、第１領域２０は、ケース１の中心線方向に延びている。このスピニング加工法により第１領域２０及び第２領域２１をケース１の中心線に接近させる工程が本発明の第１折り曲げ工程である。

上記第１折り曲げ工程では、ケース１の側面視で、該ケース１の本体部分２２と、第２領域２１の直線部分とのなす角度αが約１１５゜となるまで第２領域２１を折り曲げる。この第１折り曲げ工程により、ケース１の第１領域２０及び第２領域２１が該ケース１の中心線に接近する方向に折り曲げられると、第１領域２０及び第２領域２１は、ケース１の本体部分２２よりも縮径することになる。この縮径により、ケース１の第１領域２０及び第２領域２１は圧縮力を受ける。このとき、第２領域２１はケース１の本体部分２２に連続しており、さらに、この第２領域２１のうち本体部分２２が連続している側と反対側には第１領域２０が連続している。このように、第２領域２１にケース１の本体部分２２と第１領域２０とが連続していることによって、第２領域２１の剛性が確保されている。従って、上記第１折り曲げ工程で第２領域２１が圧縮力を受けても、該第２領域２１が波打ったように変形するのが抑制されて割れなくなる。一方、第１領域２０は第２領域２１よりもケース１の中心線に接近して縮径の度合いが大きく、さらに、第１領域２０のうち第２領域２１と反対側には連続する部分が無く剛性が比較的低い。従って、第１領域２０は、第１折り曲げ工程で受ける圧縮力によって変形して割れることがある。

上記第１折り曲げ工程が完了すると、ローラ１５をケース１から離した後、図３（ｄ）に示すように、鋼板カット用の切除刃２３を第１領域２０と第２領域２１との境界部分に外周面から押し当てて、図３（ｅ）及び図５に示すように、ケース１の第１領域２０を第２領域２１から切除する。この第１領域２０を第２領域２１から切除する工程が本発明の切除工程である。このように第１領域２０を切除することで、上記第１折り曲げ工程で第１領域２０が変形して割れてしまっていても、その第１領域２０の形状がケース１の最終形状には影響しない。

上記切除工程が完了すると、切除刃２３をケース１から離した後、ローラ１５をケース１の第２領域２１に外周面から再び押し当てる。このとき、ローラ１５を回転主軸に対し略直交する方向に移動させて、図３（ｆ）及び図６に示すように、第２領域２１をケース１の内方へ向けてさらに約２５゜折り曲げて直線状に成形する。これにより、ケース１の側面視で該ケース１の本体部分２２と、第２領域２１とのなす角度αが約９０゜となり、第２領域２１により延出部１１がケース１の本体部分２２に一体成形される。この第２領域２１をケース１の内方へ向けて折り曲げて延出部１１とする工程が本発明の第２折り曲げ工程である。

この第２折り曲げ工程で第２領域２１を折り曲げる際には、第２領域２１が縮径されるので圧縮力を受けるが、上記のように第２領域２１を第１折り曲げ工程で約６５゜折り曲げている分、第２折り曲げ工程における第２領域２１の折り曲げ量は約２５゜と少なくてすむため、第２領域２１が受ける圧縮力は小さいものとなる。これにより、第２領域２１が波打ったように変形して割れるのを回避することが可能になる。

尚、この実施形態では、第１折り曲げ工程における第２領域２１の折り曲げ角度を約６５゜とし、第２折り曲げ工程における第２領域２１の折り曲げ角度を約２５゜としたが、各工程における第２領域２１の折り曲げ角度はこれに限られるものではなく、第１折り曲げ工程における第２領域２１の折り曲げ角度よりも、第２折り曲げ工程における第２領域２１の折り曲げ角度の方が小さければ、上記のように第２領域２１の変形及び割れを回避することが可能である。

その後、マット部材１０を巻き付けた状態のモノリス触媒２をケース１の中心線方向他端部からケース１内に収容する。モノリス触媒２をケース１に収容した後、該ケース１の中心線方向他端部をスピニング加工装置により縮径して縮径部１３を形成する。

以上説明したように、この実施形態によれば、ケース１の中心線方向一端側に設定した第１領域２０及び第２領域２１を第１折り曲げ工程でケース１の中心線に接近させてから第１領域２０を切除し、その後、第２領域２１を折り曲げて延出部１１としたので、変形や割れの無い延出部１１をケース１に一体成形することができる。これにより、所期の形状の延出部１１を、部品点数の増加を招くことなく低コストでケース１１に設けることができる。

また、第１折り曲げ工程及び第２折り曲げ工程でスピニング加工法を用いるようにしたので、第１領域２０及び第２領域２１を簡単に成形することができるとともに、型費を低減することができる。

また、ケース１の側面視で、該ケース１の本体部分２２と延出部１１とのなす角度αを１００゜以下の約９０゜としているので、第２領域２１が縮径される度合いが大きく、該第２領域２１が受ける圧縮力は大きい。このように第２領域２１が受ける圧縮力が大きい場合に、上記のように切除工程を経ることで第２領域２１の割れを回避して所期の形状の延出部１１を得ることができる。

また、第１領域２０の幅を第２領域２１の幅よりも狭くしているので、切除される第１領域２０を設定したことによる歩留まりの悪化を抑制することができる。

尚、この実施形態では、ケース１に延出部１１を成形した後に、モノリス触媒２をケース１に収容するようにしたが、これに限らず、モノリス触媒２をケース１に収容した状態で延出部１１を成形するようにしてもよい。

また、この実施形態では、ケース１の側面視で、該ケース１の本体部分２２と延出部１１とのなす角度αを約９０゜としているが、ケース１の本体部分２２と延出部１１とのなす角度αは、第２領域２１が受ける圧縮力が比較的大きくなる８０゜以上１００゜以下の範囲で間で任意に設定することができる。

また、この実施形態では、本発明をモノリス触媒用ケース１に延出部１１を成形するのに適用した場合について説明したが、本発明は、モノリス触媒用ケース１以外にも、管体の中心線方向一端部に中心線へ向かって延出する環状の延出部を成形する際に広く用いることができる。

以上説明したように、本発明に係る管体の成形方法は、例えば、自動車の排気系に設けられるモノリス触媒用ケースを成形するのに適している。

本発明の実施形態に係る管体の成形方法を用いて成形されたモノリス触媒用ケースと、該ケースが取り付けられた排気マニホールドの正面図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。ケースの成形工程を説明する断面図である。第１折り曲げ工程が終了した状態のケースの斜視図である。切除工程が終了した状態のケースの斜視図である。第２折り曲げ工程が終了して延出部が成形された状態のケースの斜視図である。

１ケース（管体）
２モノリス触媒
１０マット部材
１１延出部
２０第１領域
２１第２領域
２２ケースの本体部分

Claims

金属材で構成された管体の中心線方向一端部に、該中心線へ向かって延出する環状の延出部を、上記管体の側面視で該管体の本体部分とのなす角度が１００゜以下となるように成形する際に用いる管体の成形方法であって、
中心線方向一端側が該中心線方向に延びるとともに該一端部が開口した管体を用意し、該管体の中心線方向一端部から他端側へ上記延出部の延出長さよりも短い所定長さの範囲に亘って設定した第１領域と、該第１領域から他端側へ上記延出部の延出長さの範囲に亘って設定した第２領域とのうち少なくとも第２領域をスピニング加工法を用いて第１の所定折り曲げ量だけ折り曲げることにより、上記第１領域及び第２領域を上記管体の中心線に接近させる第１折り曲げ工程と、
上記第１折り曲げ工程の後、上記第１領域を上記第２領域から切除する切除工程と、
上記切除工程の後、上記第２領域をスピニング加工法を用いて上記管体の内方へ向けて、上記第１の所定折り曲げ量よりも小さい第２の所定折り曲げ量だけ折り曲げることにより該第２領域を上記延出部とする第２折り曲げ工程とを備えていることを特徴とする管体の成形方法。