JP5983461B2 - 多角形管のスピニング加工方法及びマフラの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は非円形管のスピニング加工方法及びマフラに関する。

円形状の断面形状を有する円形管の端部をスピニング加工して、両端部の径を減じた円形管を製造する製造方法がある。

例えば、特許文献１では、予成形部材をプレス加工により得て、これを治具に巻き付けて筒状に形成し、両縁部を溶接して円形管を得て、この円形管の両端部をスピニング加工して、両端部の径を減じた円形管を製造する製造方法が開示されている。このような両端部の径を減じた円形管は、高い剛性を有して小型化を達成し得るとともに放射音を防止できるマフラとして使用することができる。

特開２００７−１２０３６５号公報

ところで、非円形状の断面形状を有するマフラが求められている。ここで、非円形状は、円形状以外の形状であって、例えば、矩形状や台形状である。特許文献１に開示される製造方法では、非円形状の断面形状を有するマフラを製造するために、非円形状の断面形状を有する非円形管の両端部をスピニング加工すると、非円形管の両端部の一部を変形させ、板厚の変動を局所的に発生させて、シワや亀裂が発生してしまう。特許文献１に開示される製造方法では、このシワや亀裂の発生により、非円形管をスピニング加工できなかった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、シワや亀裂の発生を抑制して非円形管を加工できる非円形管のスピニング加工方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる非円形管のスピニング加工方法は、
非円形管の中心軸から離間するとともに前記中心軸に平行な軸を仮想軸とすると、
回転自在な回転ローラを前記非円形管の端部に押し当てつつ、前記仮想軸を中心に公転させてスピニング加工する第１スピニング加工ステップと、
前記回転ローラを前記非円形管の端部に押し当てつつ、前記中心軸を中心に公転させてスピニング加工する第２スピニング加工ステップと、を含む非円形管のスピニング加工方法である。

他方、本発明にかかるマフラは、上記した非円形管のスピニング加工方法を用いて加工されるマフラである。

このような構成により、シワや亀裂の発生を抑制して非円形管を加工できる非円形管のスピニング加工方法を提供することができる。

本発明により、シワや亀裂の発生を抑制して非円形管を加工できる非円形管のスピニング加工方法を提供することができる。

実施形態にかかるサブマフラの斜視図である。 実施形態にかかるサブマフラの設置図である。 実施形態にかかるサブマフラ及びフロントフロアトンネル部の断面図である。 サブマフラとメインマフラとの容積の和に対するサブマフラの各容積比率における排気音の１次音圧等級を表すグラフである。 製造方法を示すフローチャートである。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。 製造方法の一工程を表す模式図である。

（実施形態）
図１〜３を参照して本発明の１つの実施形態にかかるサブマフラについて説明する。図１は実施形態にかかるサブマフラの斜視図を示す。図２Ａは、実施形態にかかるサブマフラの設置図を示す。図２Ｂは、実施形態にかかるサブマフラ及びフロントフロアトンネル部の断面図を示す。図３は、サブマフラとメインマフラとの容積の和に対するサブマフラの各容積比率における排気音の１次音圧等級を表すグラフを示す。

図１に示すように、サブマフラ１は、外筒体２と、流路管３とを含む。サブマフラ１は、後述するように自動車の排気系に組み込まれて、メインマフラの消音効果を補うことができる。

外筒体２は、例えば、鉄、チタン、アルミニウム又これらの合金などの金属材料からなり、略台形状の断面形状を有する筒体である。外筒体２は中心軸Ｃを有し、中心軸Ｃは、外筒体２の断面形状の重心を通過する。外筒体２には流路管３が挿入される。外筒体２の端部２１、２２は、流路管３の外周面に密着するように、いずれも径を減じる。外筒体２の外壁面には、剛性を高める模様（図示略）が与えられている。なお、必要に応じて、外筒体２に囲まれる空間を区画する隔壁（図示略）が外筒体２の内部に設置される。

流路管３は、触媒コンバータ等に接続されて排気を吸入する吸入部３１と、パイプを介してメインマフラ等に接続されて排気を排出する排出部３３と、吸入部３１と排出部３３とを接続して排気を通過させるストレート部３２と、を含む略直線状の管である。ストレート部３２は、複数の孔を有する管であるパンチングパイプを含んでも構わない。吸音部材（図示略）が、外筒体２と流路管３により囲まれる空間に配置され、ストレート部３２の外周面を包囲する。吸音部材は、音のエネルギーを吸収して吸音する材料からなる部材である。吸音部材としては、例えば、グラスウールを使用することができる。

図２Ａに示すように、自動車の排気系５０は、図示しないエキゾーストパイプを介してエンジン（図示略）に接続される触媒コンバータ５１と、パイプ５２と、パイプ５２に接続されるメインマフラ５３とを含む。サブマフラ１は、吸入部３１を触媒コンバータ５１に、排出部３３をパイプ５２に、それぞれ接続することで、自動車の排気系５０に組み込まれる。サブマフラ１は、メインマフラ５３の消音効果を補う。

ここで、サブマフラ１は、自動車のフロントフロアトンネル部６０の直下に設置される。図２Ｂに示すように、フロントフロアトンネル部６０は、上方に向かって略台形状に張り出す空きスペース６１を有する。空きスペース６１の断面形状は略台形状である。一方、上記したように、サブマフラ１は略台形状の断面形状を有するので、自動車の下方にある障害物の干渉を回避しつつ、空きスペース６１をより隙間無く占有し、略円形状の断面形状を有するサブマフラと比較して、大きな容積を有することができる。

サブマフラとメインマフラとの容積の和が増大すると、エンジンの出力抵抗が減じるとともに、エンジンの出力及び燃費が高まることが知られている。従って、大きな容積を有するサブマフラ１を自動車に搭載すると、サブマフラとメインマフラとの容積の和を増大させて、エンジンの出力及び燃費を高めることができる。自動車の車種の中でも、出力の大きいエンジンを要求されることの多いスポーツカーや、フロア空間を確保するためにメインマフラの容積を低減させることを要求されることの多いセダンでは、サブマフラ１を搭載すると、エンジンの出力及び燃費を高めて、自動車の商品としての魅力を特に高めることができる。

ところで、発明者らは、サブマフラとメインマフラとの容積の和に対するサブマフラの各容積比率の排気音の１次音圧等級を計測する実験を行っている。この１次音圧等級は排気音の音圧の大きさを表す。１次音圧等級が減じると、排気による騒音が減じることを意味する。図３は、サブマフラとメインマフラとの容積の和に対するサブマフラの各容積比率における排気音の１次音圧等級を示す。図３に示すように、容積比率を０．１から０．５まで高めると、１次音圧等級が徐々に減じて、最小値まで下降する。一般的なサブマフラの容積はメインマフラと比較して非常に小さく、サブマフラの容積比率は大きくても０．２程度である。サブマフラ１を自動車に搭載すると、サブマフラの容積比率を高めて、１次音圧等級を減少させることができ、排気による騒音を低減させることができる。つまり、サブマフラ１の搭載により、自動車の静粛性を高め得て、自動車の商品としての魅力が高まるのである。

なお、上記した実施形態では、サブマフラ１について説明したが、他の実施形態として、両端部の径を減じた非円形管であればよく、例えば、メインマフラや触媒コンバータなどがある。また、外筒体２は略台形状の断面形状を有する筒体であるが、略台形状以外の非円形状の断面形状を有する筒体であってもよい。ここで、非円形とは、円形状でない形状であればどのような形状であってもよく、例えば、略矩形、略台形、略三角形状、略多角形状、略長方形状、略楕円形状、略円弧状、略くさび形、略Ｕ字状、略コ字状を含む。

（製造方法）
次に、図４を参照しつつ、図５〜１４を用いて、第１実施形態にかかるサブマフラの製造方法について説明する。図４は、製造方法を示すフローチャートを示す。図５〜１４は、製造方法の一工程を表す模式図を示す。

図５に示すように、例えば、外筒体２を形成する材料を所定の形状の板材７０に切出す（板材切出ステップＳ１）。板材７０は、縁部７３、７４を有する。次いで、図６及び図７に示すように、切出した板材７０を複数のローラ８５の間を通過させて巻いて、略台形状に折り曲げる（ロール成形ステップＳ２）。図７に示すように、板材７０を、縁部７４から縁部７３に順に所定の箇所で折り曲げる。次いで、図８に示すように、図示しない溶接装置に接続される溶接トーチ８６を用いて、折り曲げた板材７０の縁部７３、７４を溶接し、台形管７２を造管する（造管溶接ステップＳ３）。ここで、台形管７２は、略台形状の断面形状を有する管であって、一種の非円形管である。また、台形管７２は中心軸Ｃを有し、中心軸Ｃは、台形管７２の断面形状の重心を通過する。次いで、図９及び１０に示すように、プレス型８０、８１、８２、８３を台形管７２の外壁面７２０、７２１、７２２、７２３にそれぞれ押し当てて、台形管７２の剛性を高めるための模様７６を成形する（剛性模様成形ステップＳ４）。次いで、図１１に示すように、流路管３を隔壁７７に溶接し、これを台形管７２の内部に挿入し、溶接する（流路管溶接ステップＳ５）。なお、図１１〜１４では模様７６の図示を省略している。

次いで、図１２及び図１３に示すように、図示しないスピニング加工装置に含まれる回転自在な回転ローラ８４を台形管７２の端部７８に押し当てるとともに、回転ローラ８４を仮想軸Ｖを中心に公転させてスピニング加工を行う（第１スピニング加工ステップＳ６）。同様に、台形管７２のもう一つの端部７９（図示略）にも、回転ローラ８４を押し当てるとともに、回転ローラ８４を仮想軸Ｖを中心に公転させてスピニング加工を行う。ここで、仮想軸Ｖは、台形管７２の中心軸Ｃから離間しつつ、中心軸Ｃと平行な仮想軸である。台形管７２の端部７８は、下底辺部７８０と、下底辺部７８０に対向しつつ下底辺部７８０に比べて短い上底辺部７８１と、上底辺部７８１及び下底辺部７８０の両端をそれぞれ結ぶ側部７８２、７８３とを含む。下底辺部７８０は、端部７８において中心軸Ｃから最も遠い部位である頂部７８４、７８５を含む。仮想軸Ｖは、中心軸Ｃから最も遠い部位である頂部７８４、７８５から遠ざかるように、中心軸Ｃから離間すると好ましい。

第１スピニング加工ステップＳ６では、回転ローラを下底辺部７８０に押し当てることができ、下底辺部７８０の両端から側部７８２、７８３に板厚を移動させるとともに、下底辺部７８０の両端から下底辺部７８０の中央に板厚を移動させることができる。つまり、回転ローラ８４を台形管７２の端部７８に押し当てる箇所の面積を増加させて、板厚の変動を均一化し得て、シワや亀裂の発生を抑制してスピニング加工することができる。また、下底辺部７８０の板厚を変動させて、台形管７２の端部７８の下底辺部７８０の中心軸Ｃからの距離を均一化させて、端部７８の断面形状を略台形状から略円形状に近づくように変化させる。

最後に、図１４に示すように、回転ローラ８４を台形管７２の端部７８に押し当てるとともに、台形管７２の中心軸Ｃを中心に公転させてスピニング加工を行う（第２スピニング加工ステップＳ７）。同様に、回転ローラ８４を台形管７２のもう一つの端部７９（図示略）に押し当てるとともに、回転ローラ８４を中心軸Ｃを中心に公転させてスピニング加工を行う。

第２スピニング加工ステップＳ７では、第１スピニング加工ステップＳ６で端部７８の断面形状を略台形状から略円形状に近づくように変化させたので、少なくとも下底辺部７８０、上底辺部７８１に回転ローラ８４を押し当てることができる。これにより、下底辺部７８０の両端から側部７８２、７８３に板厚を移動させるとともに、下底辺部７８０の両端から中央に板厚を移動させることができる。また、上底辺部７８１の両端から側部７８２、７８３に板厚を移動させるとともに、上底辺部７８１の両端から上底辺部７８１の中央へ板厚を移動させることができる。つまり、回転ローラ８４を台形管７２に押し当てる箇所の面積を増加させて、板厚の変動を均一化して、シワや亀裂の発生を抑制してスピニング加工することができる。第２スピニング加工ステップＳ７を経ると、台形管７２の端部７８、７９の径を減じて、サブマフラ１の端部２１、２２にそれぞれ加工することができる。

以上の製造方法により、シワや亀裂の発生を抑制してサブマフラ１（図１参照）を製造することができる。

なお、上記した製造方法では、サブマフラ１を製造しているが、サブマフラに限定されることなく、両端部の径を減じた非円形管を製造することができる。このような両端部の径を減じた非円形管として、例えば、触媒コンバータ、メインマフラなどがある。また、上記した製造方法では、板材切出ステップＳ１〜流路管溶接ステップＳ５を実施しているが、第１スピニング加工ステップＳ６の前に非円形管、例えば、台形管７２を得られるのであれば、適宜順番や製造方法を変更しても構わない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

１ サブマフラ、 ２ 外筒体、 ２１、２２ 端部、
３ 流路管、３１ 吸入部、 ３２ ストレート部、 ３３ 排出部、
７２ 非円形管、７８ 端部、 ７８０ 下底辺部、 ７８１ 上底辺部、
７８２、７８３ 側部、 ８４ 回転ローラ、 Ｃ 中心軸、 Ｖ 仮想軸

Claims (2)

1. 多角形管の中心軸から離間するとともに前記中心軸に平行な軸を仮想軸とすると、
   回転自在な回転ローラを前記多角形管の端部に押し当てつつ、前記仮想軸を中心に公転させてスピニング加工する第１スピニング加工ステップと、
   前記回転ローラを前記多角形管の端部に押し当てつつ、前記中心軸を中心に公転させてスピニング加工する第２スピニング加工ステップと、を含む多角形管のスピニング加工方法。
2. 請求項１に記載される多角形管のスピニング加工方法を用いて加工されるマフラの製造方法。

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