JP5270872B2 - 排気管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、二重管構造を含む排気管の製造方法に関する。

内燃機関から排気ガスを導く排気管において、断熱性能を高めることなどを目的として、一部を二重管構造にすることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−２２６５２８公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４は従来の排気管の基本構造を説明する図であり、排気管１００は、触媒１０１が収納されているマフラー１０２と、このマフラー１０２に排気ガスを導く内管１０３と、この内管１０３を囲う外管１０４と、還元剤供給ノズル１０５とからなる。なお、製造工程では、内管１０３は、白抜き矢印のように、外管１０４に挿入される。

内管１０３と外管１０４との間には、隙間が設けられており、この隙間が断熱層となる。断熱層が存在するため、内管１０３は高温に保つことができ、排気ガスの温度を高温に維持することができる。排気ガスが高温であるほど、触媒での反応が期待できる。また、外管１０４が比較的低温であるため、外管１０４の周囲が比較的低温となり、耐熱対策や防熱対策を講じる上で、対策が容易になる。
このような理由から、排気管の一部（一般に上流側）が、二重管構造とされる。

図１５は従来の排気管の一例を示す図であり、排気管１１０では、内管１１１と外管１１２とがＳ字形状とされている。このような構造の排気管１１０は、一般に次に述べる要領で製造される。
直管状の内管１１１に、直管状の外管１１２を被せる。内管１１１と外管１１２との間の空間１１３にショット（金属の粒）を詰める。そして、両端に栓をして、ショットがこぼれないようにする。次に、ベンダーマシンにより曲げ加工を施し、Ｓ字形状にする。次に、栓を外して、ショットを排出する。次に、別途準備した円錐形状部１１４に、外管１１２の一端を突け合わせ、溶接する。１１５はビードである。

ショットを詰めることで、外管１１２の扁平化を阻止することができる。しかし、空間１１３にショットが残留することは許されないので、ショットの排出は時間を掛けて慎重に行わなければならない。
そして、ショット充填、栓施工、曲げ加工、栓除去、ショット除去、溶接からなる多段の工程が不可欠となり、非常に手間が掛かり、製造コストが嵩む。

本発明は、曲がった二重管構造を含む円錐形状の排気管を同時に容易に製造することができる製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、第１の金属管と、この第１の金属管よりも短くて且つ前記第１の金属管の内径に外径が対応している第２の金属管とを準備する工程と、
前記第２の金属管に高圧流体を通過させる小孔を開ける工程と、
前記第１の金属管に前記第２の金属管を挿入し、第２の金属管の一端を第１の金属管に接合して、直線的な材料を得る工程と、
この材料を曲げ加工することで曲がった中間製品を得る工程と、
この曲がった中間製品を液圧成形金型にセットする工程と、
液圧成形金型にセットした曲がった中間製品内へ高圧流体を吹込み、液圧張出法により前記第１の金属管を部分的に増径側へ張出し成形することで、排気管を得る工程と、
前記排気管を切断して、前部ピースと後部ピースとを得る工程と、
触媒が内蔵されている金属筒体を前部ピースと後部ピースとの間に介在させる工程と、
前部ピース、金属筒体及び後部ピースを接合することで、触媒を内蔵する排気管を得る工程とからなる排気管の製造方法である。

請求項１に係る発明では、密着させた直線的な材料を曲げる。そして、外管に相当する第１の金属管と内管に相当する第２の金属管との間に、第２の金属管に開けた小孔を通じて高圧流体を吹込む。第１の金属管が膨れて、二重管構造が得られる。
請求項１によれば、曲がった二重管構造を含む排気管を容易に製造することができる。

加えて、請求項１に係る発明では、排気管を切断して得た前部ピースと後部ピースとの間に、触媒が内蔵されている金属筒体を介在させ、前部ピース、金属筒体及び後部ピースを接合することで、触媒を内蔵する排気管を得る。
請求項１によれば、触媒を内蔵する排気管を簡単に製造することができる。加えて、円錐形状部を含む前部ピースと外管とは一体成形されているため、従来実施していた前部ピースと外管との溶接は不要となる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明の準備工程から直線的な材料を得る工程までの説明図、図２は図１の２部拡大図、図３は図１の３部拡大図である。
図１に示すように、十分に長い第１の金属管１１と、この第１の金属管１１よりも短くて且つ第１の金属管１１の内径に外径が対応している第２の金属管１２とを準備する。そして、図２に示すように、第２の金属管１２に高圧流体を通過させる小孔１３を設ける。

図１に示すように、第１の金属管１１の図左から第２の金属管１２を挿入する。第１・第２の金属管１１、１２が共にストレート形状であるため、挿入は容易である。そして、第２の金属管１２の両端を、第１の金属管１１に接合する。具体的には、図３に示すように接合部材１４で接合する。

図１〜図３により、第１の金属管１１と、この第１の金属管１１よりも短くて且つ第１の金属管１１の内径に外径が対応している第２の金属管１２とを準備する工程と、第２の金属管１２に高圧流体を通過させる小孔１３を開ける工程と、第１の金属管１１に第２の金属管１２を挿入し、第２の金属管の１２両端（又は一端。図１１〜図１３参照。）を第１の金属管１１に接合して、直線的な材料１５を得る工程とが実施された。

図４は本発明の曲がった中間製品を得る工程を説明する図であり、第１の金属管１１に第２の金属管１２が密着しているため、既存のベンダーマシンで、Ｓ字形状に曲げることができ、容易に曲がった中間製品１６を得ることができる。この中間製品１６において、第２の金属管１２が存在する部分を前半部１７、残部を後半部１８と呼ぶ。

図５は液圧成形金型の一例を示す断面図であり、液圧成形金型２０は、下型２１と上型２２とからなる。下型２１に、管接触部２３、２５と二重管形成用凹部２６と大径部形成用凹部２７を備え、上型２２にも管接触部２８、３０と二重管形成用凹部３１と大径部形成用凹部３２を備える。下型２１の管接触部２３、２５に中間製品１６を載せ、上型２２を重ね、型締めを行う。すなわち、中間製品１６は、管接触部２３、２５、２８、３０で挟持される。

図６は中間製品を液圧成形金型にセットする工程の説明図であり、下型２１と上型２２とで挟んだ中間製品１６の図左端は、高圧流体吹込み口３４を備えている第１プラグ３５で塞ぎ、中間製品１６の右端は第２プラグ３６で塞ぐ。

次に、高圧流体吹込み口３４から高圧流体を吹込む。高圧流体は第２の金属管１２の内部及び第１の金属管１１の後半部１８の内部に充満する。さらに、高圧流体は小孔１３を通って、第２の金属管１２と第１の金属管１１の前半部１７との間に進入する。この結果、第１の金属管１１の前半部１７は、二重管形成用凹部２６、３１へ張出し始める。同時に、第１の金属管１１の後半部１８は、大径部形成用凹部２７、３２へ張出し始める。

図７は液圧成形による張出し成形の説明図であり、第１の金属管１１の前半部１７は、二重管形成用凹部（図６の符号２６、３１）の分だけ張出され、第１の金属管１１の後半部１８は大径部形成用凹部（図６の符号２７、３２）の分だけ張出される。

この際に、第２の金属管１２の表裏面には同一の圧力が加わるため、変形は進行しない。また、張出し成形により、第１の金属管１１の後半部１８が下型２１や上型２２の内部へ引き込まれ、第２プラグ３６がプラグ作用を維持しつつ図左へ移動する。そのため、張出し成形は妨げられることなく円滑に実施される。

図８は本発明の製造方法で得られた排気管の断面図であり、二重管部３８と大径部３９とを有する排気管４０が得られた。
なお、第２の金属管１２の前部を第１の金属管１１に接合する接合部材１４Ｆは強度の高い溶接が望ましい。一方、第２の金属管１２の後部を第１の金属管１１に接合する接合部材１４Ｒは、後述する別実施例では削除した。

この処置を講じることにより、排気管４０の使用中に、第１の金属管１１と第２の金属管１２に温度差による膨張量の差が発生しても、接合部材１４Ｆを起点にして第２の金属管１２を自由に伸縮させることができ、熱応力に起因する二重管部３８の損傷を未然に防止することができる。

すなわち、本発明方法は、第１の金属管１１と、この第１の金属管１１よりも短くて且つ前記第１の金属管１１の内径に外径が対応している第２の金属管１２とを準備する工程（図１）と、
前記第２の金属管１２に高圧流体を通過させる小孔１３を開ける工程（図２）と、
前記第１の金属管１１に前記第２の金属管１２を挿入し、第２の金属管１２の両端を第１の金属管１１に接合して、直線的な材料１５を得る工程（図３）と、
この材料を曲げ加工することで曲がった中間製品１６を得る工程（図４）と、
この曲がった中間製品１６を液圧成形金型２０にセットする工程（図６）と、
液圧成形金型２０にセットした曲がった中間製品１６内へ高圧流体を吹込み、液圧張出法により前記第１の金属管１１を部分的に増径側へ張出し成形することで、排気管４０を得る工程（図７）と、からなることを特徴とする。

本発明によれば、密着させた直線的な材料を曲げる。そして、外管に相当する第１の金属管と内管に相当する第２の金属管との間に、第２の金属管に開けた小孔を通じて高圧流体を吹込む。第１の金属管が膨れて、二重管構造が得られる。
この様にして、曲がった二重管構造を含む排気管を容易に製造することができる。

次に、本発明を発展させた改良発明を説明する。
図９は触媒入り排気管の製造工程を説明する図であり、先ず、大径部３９を切断することにより、前部ピース４１と後部ピース４２とを得る。前部ピース４１に、二重管部３８が含まれている。
また、マット４３を介して触媒４４が内蔵されている金属筒体４５を別途準備する。

この金属筒体４５を前部ピース４１と後部ピース４２とに介在させる。次に、前部ピース４１と金属筒体４５の前端とを接合し、金属筒体４５の後端と後部ピース４２とを接合する。接合は溶接が望ましい。

図１０は触媒入り排気管の外観図であり、前部ピース４１の先端にフランジ４６を接合し、後部ピース４２の後端にフランジ４７を接合することで、触媒入り排気管４８を得ることができる。このように、簡単に触媒を内蔵する排気管４８を製造することができた。

排気管を構成する金属（第１の金属管、第２の金属管、金属筒体を構成する金属）は、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、チタン、アルミニウムなど、曲げ加工が可能な金属（合金を含む。）であれば種類は問わない。

次に、別実施例を説明する。
図１１は図１の別実施例図であり、第１の金属管１１の図左から第２の金属管１２を挿入する。第１・第２の金属管１１、１２が共にストレート形状であるため、挿入は容易である。
図１２は図１１の１２部拡大図であり、第２の金属管１２の一端にだけ小孔１３を設けておき、この小孔１３の先端側にて、第２の金属管１２の一端を第１の金属管１１に接合する。１４は接合部材である。小孔１３から高圧流体を吹き込むことで、第１の金属管１１をブロー成形することができる。

図１３は図１２の作用図であり、ブロー成形により、第１の金属管１１が張り出して、第２の金属管１２との間に所定の隙間が形成されている。次に、切断線５０に沿って、一端を切断する。この切断により、小孔１３及び接合部材１４を除去することができる。小孔１３が残っていると、排気ガスが小孔１３を通って第１の金属管１１と第２の金属管１２との間の隙間に侵入し、隙間を汚す虞がある。この点、製品には小孔１３が残らないため、製品価値を高めることができる。

このように、接合部位は、図１２に示すように第２の金属管１２の一端に設けることが望ましい。しかし、図１〜図３に示すように第２の金属管１２の両端に設けることは差し支えない。

本発明は、二重管構造を含む排気管の製造方法に好適である。

本発明の準備工程から直線的な材料を得る工程までの説明図である。 図１の２部拡大図である。 図１の３部拡大図である。 本発明の曲がった中間製品を得る工程を説明する図である。 液圧成形金型の一例を示す断面図である。 中間製品を液圧成形金型にセットする工程の説明図である。 液圧成形による張出し成形の説明図である。 本発明の製造方法で得られた排気管の断面図である。 触媒入り排気管の製造工程を説明する図である。 触媒入り排気管の外観図である。 図１の別実施例図である。 図１１の１２部拡大図である。 図１２の作用図である。 従来の排気管の基本構造を説明する図である。 従来の排気管の一例を示す図である。

符号の説明

１１…第１の金属管、１２…第２の金属管、１３…小孔、１５…直線的な材料、１６…曲がった中間製品、２０…液圧成形金型、４０…排気管、４１…前部ピース、４２…後部ピース、４４…触媒、４５…金属筒体、４８…触媒入り排気管。

Claims (1)

1. 第１の金属管と、この第１の金属管よりも短くて且つ前記第１の金属管の内径に外径が対応している第２の金属管とを準備する工程と、
   前記第２の金属管に高圧流体を通過させる小孔を開ける工程と、
   前記第１の金属管に前記第２の金属管を挿入し、第２の金属管の一端を第１の金属管に接合して、直線的な材料を得る工程と、
   この材料を曲げ加工することで曲がった中間製品を得る工程と、
   この曲がった中間製品を液圧成形金型にセットする工程と、
   液圧成形金型にセットした曲がった中間製品内へ高圧流体を吹込み、液圧張出法により前記第１の金属管を部分的に増径側へ張出し成形することで、排気管を得る工程と、
   前記排気管を切断して、前部ピースと後部ピースとを得る工程と、
   触媒が内蔵されている金属筒体を前部ピースと後部ピースとの間に介在させる工程と、
   前部ピース、金属筒体及び後部ピースを接合することで、触媒を内蔵する排気管を得る工程とからなる排気管の製造方法。

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