JP6434881B2 - 排気管及び排気管の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関から排出される排ガスの排気流路を形成する排気管及び排気管の製造方法に関する。

車両に搭載され、内燃機関から排出される排ガスの排気流路を形成する排気管が知られている。このような排気管においては、排ガスを浄化する装置として触媒が配設されることが多く、当該触媒を収容するため、触媒が収容されている触媒筒部の内径が触媒の上流に位置する上流筒部の内径よりも大きい構成が多く採用されている。この場合、上流筒部と触媒筒部との間に、流路面積が徐々に増加する連結筒部が形成されている。一般に、連結筒部は、排気管の中心軸を含む平面を切断面とする断面において内径が直線状に広がるように形成される。ところが、このような排気管では、上流筒部から流入する排ガスの流れは、連結筒部において十分に広がらないまま触媒筒部へと流入し、その結果、触媒へ流入する排ガスの分布が偏ってしまう問題があった。

ここで、排気管の中心軸を含む平面を切断面とする断面において、排気管の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に広がる面を有する連結筒部を備えた排気管が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の排気管では、触媒筒部を形成するための筒部材の一端がスピニング加工によって縮径されることで、内径が曲線状に広がる面を有する連結筒部が形成されている。このような構成によれば、上流筒部から連結筒部へ流入した排ガスの一部が、内径が直線状に広がる構成と比較して径の変化が滑らかである連結筒部の内面に沿って触媒筒部へ流入し、触媒筒部の円周面付近へと導かれる。したがって、特許文献１に記載の排気管によれば、触媒へ流入する排ガスの分布の偏りを軽減させることができる。

特開２０１４−５８９０８号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載の連結筒部は、ローラー等で徐々に部材を塑性変形させるスピニング加工によって筒部材を縮径して形成されるため、プレス加工など排気管の加工に一般的に用いられる工法と比較して、連結筒部の加工時間が大幅に増加してしまう問題があった。なお、このような問題は、排気管における触媒が配設された部分に限らず、内径が曲線状に変化する面を有する筒部を備える排気管全般に生じ得る。

本開示の一側面においては、内径が曲線状に変化する面を有する筒部を形成するための加工時間を短縮することが可能な排気管の提供を目的としている。

本開示の一側面は、車両に搭載された排気管であって、第１の管と、第２の管と、を備える。第１の管は、流路面積が一定の小径筒部と、小径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に増加する拡径筒部と、を有する。第２の管は、流路面積が小径筒部よりも大きくかつ一定の大径筒部と、大径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に減少する縮径筒部と、を有する。具体的には、拡径筒部は、小径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において、拡径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有する。縮径筒部は、大径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において、縮径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有する。拡径筒部における先端部である拡径先端部と縮径筒部における先端部である縮径先端部とは、接合されている。

このような構成によれば、内径が曲線状に変化する面を有する筒部が拡径筒部と縮径筒部とによって形成されるため、縮径筒部のみによって形成される場合と比較して、縮径筒部の長さを短くすることができる。したがって、内径が曲線状に変化する面を有する筒部を形成するための加工時間を短縮することができる。

上記構成において、拡径筒部と縮径筒部とは、拡径先端部の内面が縮径先端部の外面を覆うように接合されていてもよい。このような構成によれば、第１の管及び第２の管の組立ての際に、拡径筒部を縮径筒部の外側から組み付けることが可能となる。よって、縮径筒部の内面が拡径筒部の外面を覆うように接合される場合と比較して、排気管の組立てが容易となる。

上記構成において、小径筒部の中心軸は、大径筒部の中心軸と平行であってもよい。このような構成によれば、小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とを一致させるといった設計上の制約がある場合と比較して、車両内での構成部品の配置レイアウトが複雑な場合でも、排気管の配設が容易となる。具体的には、例えば排気管の周辺に設置される他の構成部品が複雑に車両内に配置されている場合、小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とが一致する排気管、つまり１本の直線を中心軸とした形状の排気管では、車両内への配設が困難であるとする。このような場合でも、小径筒部及び大径筒部のそれぞれの中心軸を平行にずらす、換言すれば偏芯させることにより、排気管の配設が容易となる。

上記構成において、小径筒部の中心軸は、拡径先端部の中心軸と平行とし、大径筒部の中心軸は、縮径先端部の中心軸と一致するようにしてもよい。このような構成によれば、小径筒部及び拡径先端部のそれぞれの中心軸を平行にずらす、換言すれば偏芯させることで、第２の管については１本の直線を中心軸とした形状とすることができる。よって、縮径筒部を偏芯加工しなくても、拡径筒部のみを偏芯加工すれば、小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とが平行である排気管を構成することができる。

上記構成において、小径筒部の中心軸は、大径筒部の中心軸と交わってもよい。このような構成によれば、前述したように車両内での構成部品の配置レイアウトが複雑な場合でも、小径筒部及び大径筒部のそれぞれの中心軸を交わらせる、換言すれば偏角させることにより、排気管の配設が容易となる。

上記構成において、小径筒部の中心軸は、拡径先端部の中心軸と交わるようにし、大径筒部の中心軸は、縮径先端部の中心軸と一致するようにしてもよい。このような構成によれば、小径筒部及び拡径先端部のそれぞれの中心軸を交わせる、換言すれば偏角させることで、第２の管については１本の直線を中心軸とした形状とすることができる。よって、縮径筒部を偏角加工しなくても、拡径筒部のみを偏角加工すれば、小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とが交わる排気管を構成することができる。

上記構成において、小径筒部の中心軸は、大径筒部の中心軸とねじれの位置になるようにしてもよい。このような構成によれば、前述したように車両内での構成部品の配置レイアウトが複雑な場合でも、小径筒部及び大径筒部のそれぞれの中心軸をねじれの位置とさせる、換言すれば偏芯及び偏角させることにより、排気管の配設が容易となる。

上記構成において、小径筒部の中心軸は、拡径先端部の中心軸とねじれの位置になるようにし、大径筒部の中心軸は、縮径先端部の中心軸と一致するようにしてもよい。このような構成によれば、小径筒部及び拡径先端部のそれぞれの中心軸をねじれの位置にさせる、換言すれば偏芯及び偏角させることで、第２の管については１本の直線を中心軸とした形状とすることができる。よって、縮径筒部を偏芯偏角加工しなくても、拡径筒部のみを偏芯偏角加工すれば、小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とがねじれの位置にある排気管を構成することができる。

本開示の別の側面は、車両に搭載された排気管の製造方法であって、拡径工程と、縮径工程と、接合工程とを備える。拡径工程は、流路面積が一定の第１の筒部材の一端を拡径し、流路面積が一定の小径筒部と、小径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に増加する拡径筒部と、を有する第１の管を形成する。縮径工程は、流路面積が第１の筒部材よりも大きくかつ一定の第２の筒部材の一端を縮径し、流路面積が小径筒部よりも大きくかつ一定の大径筒部と、大径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に減少する縮径筒部と、を有する第２の管を形成する。接合工程は、拡径筒部における先端部である拡径先端部と縮径筒部における先端部である縮径先端部とを接合する。具体的には、拡径筒部は、小径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において拡径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有する。縮径筒部は、大径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において縮径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有する。

このような製造方法によれば、内径が曲線状に変化する面を有する筒部が拡径筒部と縮径筒部とによって形成されるため、縮径筒部のみによって形成される場合と比較して、縮径筒部の長さを短くすることができる。したがって、縮径工程の時間を短縮することができ、その結果、内径が曲線状に変化する面を有する筒部を形成するための加工時間を短縮することができる。

上記製造方法において、拡径工程は、第１の筒部材の一端をプレス加工により拡径する工程であってもよい。このような構成によれば、内径が曲線状に変化する面を有する拡径筒部を形成する場合であっても、複雑な加工をする必要がない。よって、第１の筒部材の加工時間を短縮することができる。

上記製造方法において、縮径工程は、第２の筒部材の一端をスピニング加工により縮径する工程であってもよい。このような構成によれば、内径が曲線状に変化する面を有する縮径筒部を比較的高い自由度で形成することができる。

第１実施形態の排気管の構成を示す斜視図である。 第１実施形態の上流パイプ及び触媒ケースの断面図である。 第１実施形態の上流パイプ及び拡径工程に用いられるパンチの側面図ある。 図４（Ａ）は第１実施形態の触媒ケースの縮径工程を示す斜視図、図４（Ｂ）は第１実施形態の触媒ケースの縮径工程を示す側面図である。 第２実施形態の上流パイプ及び触媒ケースの断面図である。 第２実施形態の上流パイプ及び拡径工程に用いられるパンチの側面図である。 第３実施形態の上流パイプ及び触媒ケースの斜視図である。 図８（Ａ）はある方向から見た第３実施形態の上流パイプ及び触媒ケースの断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の方向と直交する方向から見た第３実施形態の上流パイプ及び触媒ケースの断面図である。 図９（Ａ）はある方向から見た第３実施形態の上流パイプ及び拡径工程に用いられるパンチの図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の方向と直交する方向から見た第３実施形態の上流パイプ及び拡径工程に用いられるパンチの図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
図１及び図２に示す排気管１００は、車両に搭載され、内燃機関から排出された排ガスを車両の外部へ導くための排気流路の一部を形成している。排気管１００は、上流側から順に、上流パイプ１と、触媒ケース２と、中流パイプ３と、サブマフラ４と、を備える。なお、図１に示す矢印Ｆは、排ガスの流れ方向を示す。なお、触媒ケース２及び中流パイプ３は、共通の中心軸Ｘを有する。

図２に示すように、上流パイプ１は、小径筒部１Ａと、拡径筒部１Ｂと、を有する。
小径筒部１Ａは、流路面積が一定、より詳しくは内径が一定の部分であって、その中心軸Ｙと垂直な断面が真円状の部分である。小径筒部１Ａの中心軸Ｙは、触媒ケース２の中心軸Ｘと平行である。具体的には、小径筒部１Ａは、その中心軸Ｙが、触媒ケース２及び拡径筒部１Ｂの先端部である拡径先端部１Ｄの中心軸Ｘと平行になるように、換言すれば偏芯するように配置されている。

拡径筒部１Ｂは、小径筒部１Ａの下流側の端部から連続して形成され、下流方向に沿って流路面積が徐々に増加、より詳しくは内径が徐々に大きくなる部分である。具体的には、拡径筒部１Ｂは、中心軸Ｙ及び中心軸Ｘを含む平面を切断面とする断面（図２）において、拡径筒部１Ｂの内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する内面及び外面を有する。特に、第１実施形態では、拡径筒部１Ｂの内面及び外面は、例えばインボリュート曲線のように、上流側から下流側へ曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く。このため、排気流路の内径が例えば直線状に広がる構成と比較して、小径筒部１Ａと拡径筒部１Ｂとの境界となる内面が滑らかに連続している。拡径筒部１Ｂにおける先端部であって縮径先端部２Ｄと接合されている部分である拡径先端部１Ｄは、その中心軸が触媒ケース２の中心軸Ｘと一致し、その中心軸Ｘと垂直な断面が真円状の部分である。このため、円周方向の位置、換言すれば切断面の向きに関係なく、弧の形状が一定である。つまり、拡径筒部１Ｂは、拡径筒部１Ｂの内径が曲線状に変化するように拡径した内面である拡径面１Ｃを有する。

これに対し、拡径筒部１Ｂにおける拡径先端部１Ｄを除いた部分は、円周方向の位置、換言すれば切断面の向きによって、弧の形状が異なる。図２に示す例では、小径筒部１Ａの中心軸Ｙを挟んで位置する上下２つの弧（この例では一方が直線）のうち、中心軸Ｙよりも中心軸Ｘに近い側（図２でいう上側）の弧は、中心軸Ｘよりも中心軸Ｙに近い側（図２でいう下側）の弧と比較して、全体的に曲率が大きくなる。この例では、図２でいう下側の弧の曲率は０、つまり直線である。

触媒ケース２は、１本の直線である中心軸が上流パイプ１の中心軸Ｘと一致し、その中心軸Ｘと垂直な断面が真円状の部品であって、大径筒部２Ａと、縮径筒部２Ｂと、を有する。

大径筒部２Ａは、流路面積が小径筒部１Ａよりも大きくかつ一定、より詳しくは内径が小径筒部１Ａよりも大きくかつ一定の部分である。なお、大径筒部２Ａには、図示しない円柱状の触媒が収容されている。

縮径筒部２Ｂは、大径筒部２Ａの上流側の端部から連続して形成され、上流方向に沿って流路面積が徐々に減少、より詳しくは内径が徐々に小さくなる部分である。具体的には、縮径筒部２Ｂは、中心軸Ｘを含む平面を切断面とする断面（図２）において、縮径筒部２Ｂの内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する内面及び外面を有する。特に、第１実施形態では、縮径筒部２Ｂの内面及び外面は、拡径筒部１Ｂと同様、例えばインボリュート曲線のように、上流側から下流側へ曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く。つまり、縮径筒部２Ｂは、縮径筒部２Ｂの外径が曲線状に変化するように縮径した外面である縮径面２Ｃを有する。

拡径筒部１Ｂにおける先端部である拡径先端部１Ｄと縮径筒部２Ｂにおける先端部である縮径先端部２Ｄとは、互いに重なるように配置され、溶接によって接合されている。より詳しくは、拡径先端部１Ｄと縮径先端部２Ｄとは、拡径先端部１Ｄの拡径面１Ｃが、縮径先端部２Ｄの縮径面２Ｃを外側から覆うように当接した状態で、当該当接した部分が接合されている。なお、拡径筒部１Ｂには、縮径先端部２Ｄの先端付近における内面が滑らかに連続するように、拡径筒部１Ｂの内面に縮径先端部２Ｄの板厚分の段差が形成されている。つまり、拡径筒部１Ｂ及び縮径筒部２Ｂにより、排気流路の内径が、小径筒部１Ａの内径から大径筒部２Ａの内径へ曲線状に変化するように拡径される拡径流路が形成されている。

なお、図１に示す中流パイプ３の中心軸は触媒ケース２の中心軸Ｘと一致し、その中心軸Ｘと垂直な断面が真円状の部品である。また、サブマフラ４は、中流パイプ３の下流側において排気音を低減する機能を有する。

次に、第１実施形態の排気管１００の製造方法について説明する。
排気管１００の製造工程には、拡径工程と、縮径工程と、接合工程と、が含まれる。接合工程は、拡径工程及び縮径工程の後に行われるが、拡径工程と縮径工程との順序は特に限定されない。

拡径工程では、流路面積が一定、より詳しくは内径が一定の第１の筒部材の一端が、プレス加工によって拡径される。第１の筒部材は、その中心軸と垂直な断面が真円状であり、その内径は、小径筒部１Ａの内径と同じである。具体的には、図３に示すパンチ５を有するプレス加工装置（図示せず）によって、第１の筒部材の一端が拡径され、拡径筒部１Ｂが形成される。つまり、拡径工程により、小径筒部１Ａ及び拡径筒部１Ｂを有する上流パイプ１が形成される。

パンチ５は、図示しないダイとともに筒部材を拡径加工するプレス加工用工具である。パンチ５の一端には、図２に示す小径筒部１Ａ及び拡径筒部１Ｂの内径とほぼ等しい外径を有する挿入部５Ａが形成されている。また、挿入部５Ａの側面には、挿入部５Ａの中心軸に沿って挿入部５Ａの先端から離れるほど曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く拡径面５Ｂが形成されている。ただし、拡径面５Ｂは、拡径筒部１Ｂの内径と同様、パンチ５の中心軸を含む切断面の向きによって、弧の形状が異なる。なお、前述したように、拡径筒部１Ｂの内面に縮径先端部２Ｄの板厚分の段差が形成されるように、拡径面５Ｂには段差が設けられる。

第１の筒部材の一端は、このようなパンチ５が用いられたプレス加工によって、拡径筒部１Ｂの形状に拡径加工される。また、第１の筒部材における、パンチ５によって形成された拡径筒部１Ｂ以外の部分が、図２に示す小径筒部１Ａとなる。このような拡径工程によって、上流パイプ１が形成される。

また、縮径工程では、流路面積が一定、より詳しくは内径が一定の第２の筒部材の一端が、スピニング加工によって縮径される。第２の筒部材は、その中心軸と垂直な断面が真円状であり、その内径は、大径筒部２Ａの内径と同じである。具体的には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す複数（第１実施形態では２つ）のローラー６Ｂを有するスピニング加工装置（図示せず）によって、第２の筒部材の一端が縮径され、縮径筒部２Ｂが形成される。スピニング加工装置は、第２の筒部材を回転させながら複数のローラー６Ｂを押し当てるスピニング加工によって縮径加工を行う装置である。

第２の筒部材の一端は、このようなローラー６Ｂが用いられたスピニング加工によって、縮径筒部２Ｂの形状に縮径加工される。また、第２の筒部材における、ローラー６Ｂによって形成された縮径筒部２Ｂ以外の部分が、図２に示す大径筒部２Ａとなる。このような縮径工程によって、触媒ケース２が形成される。

その後、接合工程では、拡径工程にて形成された上流パイプ１の拡径先端部１Ｄと、縮径工程にて形成された触媒ケース２の縮径先端部２Ｄとが、互いに重なるように配置され、溶接によって接合される。具体的には、接合工程では、拡径先端部１Ｄの拡径面１Ｃが、縮径先端部２Ｄの縮径面２Ｃを外側から覆うように当接した状態で、当該当接した部分が溶接によって接合される。

以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）内径が曲線状に変化する面を有する筒部が拡径筒部１Ｂと縮径筒部２Ｂとによって形成されているため、当該筒部がスピニング加工のみによって形成される場合と比較して、縮径筒部２Ｂの長さを短くすることができる。したがって、スピニング加工の時間を短縮することができ、その結果、当該筒部を形成するための加工時間を短縮することができる。

（１ｂ）拡径筒部１Ｂと縮径筒部２Ｂとによって形成される、内径が曲線状に変化する筒部が形成されているため、上流パイプ１から触媒ケース２へと流入した排ガスの分布の偏りを軽減させることができる。

（１ｃ）拡径先端部１Ｄの拡径面１Ｃが、縮径先端部２Ｄの縮径面２Ｃに外側から覆うように当接した状態で、当該当接した部分が接合されている。したがって、上流パイプ１及び触媒ケース２の組立ての際に、拡径筒部１Ｂを縮径筒部２Ｂの外側から組み付けることができる。よって、縮径先端部２Ｄの内面が拡径先端部１Ｄの外面を覆うように接合される場合と比較して、排気管１００の組立てが容易となる。

（１ｄ）拡径工程は、第１の筒部材の一端をプレス加工により拡径する工程であるため、スピニング加工と比較して加工時間を大幅に短縮することができる。
（１ｅ）小径筒部１Ａは、その中心軸Ｙが、触媒ケース２及び拡径先端部１Ｄの中心軸Ｘと平行になるように、換言すれば小径筒部１Ａの中心軸Ｙと触媒ケース２及び拡径先端部１Ｄの中心軸Ｘとが偏芯するように配置されている。したがって、小径筒部１Ａの中心軸Ｙと触媒ケース２の中心軸Ｘとを一致させるといった設計上の制約がある場合と比較して、車両内での構成部品の配置レイアウトが複雑な場合でも、排気管の配設が容易となる。

（１ｆ）上流パイプ１は、小径筒部１Ａの中心軸Ｙが、拡径先端部１Ｄの中心軸Ｘと平行な形状、換言すれば、小径筒部１Ａの中心軸Ｙと拡径先端部１Ｄの中心軸Ｘとが偏芯した形状である。したがって、触媒ケース２については１本の直線を中心軸とした形状とすることができる。よって、小径筒部１Ａの中心軸Ｙと大径筒部２Ａの中心軸Ｘとが平行である排気管を構成するために、縮径筒部２Ｂをスピニング加工により偏芯加工する必要がない。
［２．第２実施形態］
第２実施形態の排気管は、図５に示すように、第１実施形態の上流パイプ１に代えて、当該上流パイプ１とは形状が異なる上流パイプ７を有する。その他、基本的な構成は第１実施形態と同様であり、第１実施形態と共通する構成については、同一符号を用いて説明を省略する。

上流パイプ７は、小径筒部７Ａと、拡径筒部７Ｂと、を有する。
小径筒部７Ａは、第１実施形態の小径筒部１Ａと同様、流路面積が一定、より詳しくは内径が一定であって、その中心軸Ｚと垂直な断面が真円状の部分である。ただし、第２実施形態では、小径筒部７Ａの中心軸Ｚは、触媒ケース２の大径筒部２Ａ及び縮径筒部２Ｂの中心軸Ｘと一致せず、平行でもない。具体的には、小径筒部７Ａは、その中心軸Ｚが、触媒ケース２及び拡径筒部７Ｂの先端部である拡径先端部７Ｄの中心軸Ｘと交わるように、換言すれば偏角するように配置されている。

拡径筒部７Ｂは、小径筒部７Ａの下流側の端部から連続して形成され、下流方向に沿って流路面積が徐々に増加、より詳しくは内径が徐々に大きくなる部分である。具体的には、拡径筒部７Ｂは、第１実施形態の拡径筒部１Ｂと同様、中心軸Ｘ及び中心軸Ｚを含む平面を切断面とする断面（図５）において、拡径筒部７Ｂの内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する内面及び外面を有する。また、第１実施形態と同様、拡径筒部７Ｂの内面及び外面は、例えばインボリュート曲線のように、上流側から下流側へ曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く。このため、排気流路の内径が例えば直線状に広がる構成と比較して、小径筒部７Ａと拡径筒部７Ｂとの境界となる内面が滑らかに連続している。

拡径筒部７Ｂにおける先端部であって縮径先端部２Ｄと接合されている部分である拡径先端部７Ｄは、その中心軸が触媒ケース２の中心軸Ｘと一致し、その中心軸Ｘと垂直な断面が真円状の部分である。このため、円周方向の位置、換言すれば切断面の向きに関係なく、弧の形状が一定である。つまり、拡径先端部７Ｄは、内径が曲線状に変化するように拡径した内面である拡径面７Ｃを有する。

これに対し、拡径筒部７Ｂにおける拡径先端部７Ｄを除いた部分は、円周方向の位置、換言すれば切断面の向きによって、弧の形状が異なる。図５に示す例では、小径筒部７Ａの中心軸Ｚと触媒ケース２の中心軸Ｘとを挟んで位置する上下２つの弧のうち、中心軸Ｚと中心軸Ｘとが成す角が大きい側（図５でいう上側）の弧は、中心軸Ｚと中心軸Ｘとが成す角が小さい側（図５でいう下側）の弧と比較して、全体的に曲率が小さくなる。

なお、拡径筒部７Ｂには、第１実施形態の拡径筒部１Ｂと同様、縮径先端部２Ｄの先端付近における内面が滑らかに連続するように、拡径筒部７Ｂの内面に縮径先端部２Ｄの板厚分の段差が形成されている。つまり、拡径筒部７Ｂ及び縮径筒部２Ｂにより、排気流路の内径が、小径筒部７Ａの内径から大径筒部２Ａの内径へと徐々に拡径される拡径流路が形成されている。

次に、第２実施形態の上流パイプ７の製造方法について説明する。
第２実施形態の拡径工程では、第１実施形態の拡径工程と同様、流路面積が一定、より詳しくは内径が一定の第１の筒部材の一端が、プレス加工によって拡径される。第１の筒部材は、その中心軸と垂直な断面が真円状であり、その内径は、小径筒部７Ａの内径と同じである。具体的には、図６に示すパンチ８を有するプレス加工装置（図示せず）によって、第１の筒部材の一端が拡径され、拡径筒部７Ｂが形成される。つまり、拡径工程により、小径筒部７Ａ及び拡径筒部７Ｂを有する上流パイプ７が形成される。

パンチ８は、図示しないダイとともに筒部材を拡径加工するプレス加工用工具である。パンチ８の一端には、図５に示す小径筒部７Ａ及び拡径筒部７Ｂの内径とほぼ等しい外径を有する挿入部８Ａが形成されている。また、挿入部８Ａの側面には、挿入部８Ａの中心軸に沿って挿入部８Ａの先端から離れるほど曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く拡径面８Ｂが形成されている。ただし、拡径面８Ｂは、拡径筒部７Ｂの内径と同様、パンチ８の中心軸を含む切断面の向きによって、弧の形状が異なる。また、第１実施形態と同様、拡径筒部７Ｂの内面に縮径先端部２Ｄの板厚分の段差が形成されるように、拡径面８Ｂには段差が設けられている。

第１の筒部材の一端は、このようなパンチ８が用いられたプレス加工によって、拡径筒部７Ｂの形状に拡径加工される。また、第１の筒部材における、パンチ８によって形成された拡径筒部７Ｂ以外の部分が、図５に示す小径筒部７Ａとなる。このような拡径工程によって、上流パイプ７が形成される。

以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様の効果に加え、以下の効果が得られる。
（２ａ）小径筒部７Ａは、その中心軸Ｚが、触媒ケース２及び拡径先端部７Ｄの中心軸Ｘと交わるように、換言すれば小径筒部７Ａの中心軸Ｚと触媒ケース２及び拡径先端部７Ｄの中心軸Ｘとが偏角するように配置されている。したがって、小径筒部７Ａの中心軸Ｚと触媒ケース２の中心軸Ｘとを一致させるといった設計上の制約がある場合と比較して、車両内での構成部品の配置レイアウトが複雑な場合でも、排気管の配設が容易となる。

（２ｂ）上流パイプ７は、小径筒部７Ａの中心軸Ｚが、拡径先端部７Ｄの中心軸Ｘと交わる形状、換言すれば、小径筒部７Ａの中心軸Ｚと拡径先端部７Ｄの中心軸Ｘとが偏角した形状である。したがって、触媒ケース２については１本の直線を中心軸とした形状とすることができる。よって、小径筒部７Ａの中心軸Ｚと大径筒部２Ａの中心軸Ｘとが交わる排気管を構成するために、縮径筒部２Ｂをスピニング加工により偏角加工する必要がない。
［３．第３実施形態］
第３実施形態の排気管は、図７、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、第２実施形態の上流パイプ７に代えて、当該上流パイプ７とは形状が異なる、中心軸Ｑを有する上流パイプ９を有する。その他、基本的な構成は第２実施形態と同様であり、第２実施形態と共通する構成については、同一符号を用いて説明を省略する。なお、図８（Ａ）は、中心軸Ｘと中心軸Ｑとが平行に見える方向の断面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の方向と直交する方向から見た断面図である。

上流パイプ９は、小径筒部９Ａと、拡径筒部９Ｂと、を有する。
小径筒部９Ａは、第２実施形態の小径筒部７Ａと同様、流路面積が一定、より詳しくは内径が一定であって、その中心軸Ｑと垂直な断面が真円状の部分である。ただし、第３実施形態では、小径筒部９Ａの中心軸Ｑは、触媒ケース２の大径筒部２Ａ及び縮径筒部２Ｂの中心軸Ｘと交わらず、平行でもない。具体的には、小径筒部９Ａは、その中心軸Ｑが、触媒ケース２及び拡径筒部９Ｂの先端部である拡径先端部９Ｄの中心軸Ｘとねじれの位置になるように、換言すれば偏芯及び偏角するように配置されている。

拡径筒部９Ｂは、小径筒部９Ａの下流側の端部から連続して形成され、下流方向に沿って流路面積が徐々に増加、より詳しくは内径が徐々に大きくなる部分である。具体的には、拡径筒部９Ｂは、第２実施形態の拡径筒部７Ｂと同様、拡径筒部９Ｂの内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する内面及び外面を有する。また、第２実施形態と同様、拡径筒部９Ｂの内面及び外面は、例えばインボリュート曲線のように、上流側から下流側へ曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く。このため、排気流路の内径が例えば直線状に広がる構成と比較して、小径筒部９Ａと拡径筒部９Ｂとの境界となる内面が滑らかに連続している。

拡径筒部９Ｂにおける先端部であって縮径先端部２Ｄと接合されている部分である拡径先端部９Ｄは、その中心軸が触媒ケース２の中心軸Ｘと一致し、その中心軸Ｘと垂直な断面が真円状の部分である。このため、円周方向の位置、換言すれば切断面の向きに関係なく、弧の形状及び長さが一定である。つまり、拡径先端部９Ｄは、内径が曲線状に変化するように拡径した内面である拡径面９Ｃを有する。

これに対し、拡径筒部９Ｂにおける拡径先端部９Ｄを除いた部分は、円周方向の位置、換言すれば切断面の向きによって、弧の長さが異なる。
図８（Ａ）に示す排気管をある方向から見た断面図では、小径筒部９Ａの中心軸Ｑを挟んで位置する上下２つの弧（この例では一方が直線）のうち、中心軸Ｑよりも中心軸Ｘに近い側（図８（Ａ）でいう上側）の弧は、中心軸Ｘよりも中心軸Ｑに近い側（図８（Ａ）でいう下側）の弧と比較して、全体的に曲率が大きくなる。この例では、図８（Ａ）でいう下側の弧の曲率は０、つまり直線である。なお、図８（Ａ）に示す排気管の断面図においては、中心軸Ｘと中心軸Ｑとがあたかも平行のように示されているが、実際には、図８（Ｂ）に示されているように、中心軸Ｘと中心軸Ｑとは平行ではない。これは、言い換えれば、中心軸Ｘに対する中心軸Ｑの位置は、偏芯及び偏角した位置、つまり、ねじれの位置関係にあることが言える。

図８（Ｂ）に示す排気管を図８（Ａ）の方向と直交する方向から見た断面図では、小径筒部９Ａの中心軸Ｑと触媒ケース２の中心軸Ｘとを挟んで位置する上下２つの弧のうち、中心軸Ｑと中心軸Ｘとが成す角が大きい側（図８（Ｂ）でいう上側）の弧は、中心軸Ｑと中心軸Ｘとが成す角が小さい側（図８（Ｂ）でいう下側）の弧と比較して、弧の長さが長くなる。なお、図８（Ｂ）に示す排気管の断面図においては、中心軸Ｘと中心軸Ｑとがあたかも交わっているように示されているが、実際には、図８（Ａ）に示されているように、中心軸Ｘと中心軸Ｑとは交わっていない。これは、言い換えれば、中心軸Ｘに対する中心軸Ｑの位置は、偏角及び偏芯した位置、つまり、ねじれの位置関係にあることが言える。

なお、拡径筒部９Ｂには、第２実施形態の拡径筒部７Ｂと同様、縮径先端部２Ｄの先端付近における内面が滑らかに連続するように、拡径筒部９Ｂの内面に縮径先端部２Ｄの板厚分の段差が形成されている。つまり、拡径筒部９Ｂ及び縮径筒部２Ｂにより、排気流路の内径が、小径筒部９Ａの内径から大径筒部２Ａの内径へと徐々に拡径される拡径流路が形成されている。

次に、第３実施形態の上流パイプ９の製造方法について説明する。
第３実施形態の拡径工程では、第２実施形態の拡径工程と同様、流路面積が一定、より詳しくは内径が一定の第１の筒部材の一端が、プレス加工によって拡径される。第１の筒部材は、その中心軸と垂直な断面が真円状であり、その内径は、小径筒部９Ａの内径と同じである。具体的には、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すパンチ１０を有するプレス加工装置（図示せず）によって、第１の筒部材の一端が拡径され、拡径筒部９Ｂが形成される。つまり、拡径工程により、小径筒部９Ａ及び拡径筒部９Ｂを有する上流パイプ９が形成される。

パンチ１０は、図示しないダイとともに筒部材を拡径加工するプレス加工用工具である。パンチ１０の一端には、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す小径筒部９Ａ及び拡径筒部９Ｂの内径とほぼ等しい外径を有する挿入部１０Ａが形成されている。また、挿入部１０Ａの側面には、挿入部１０Ａの中心軸に沿って挿入部１０Ａの先端から離れるほど曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く拡径面１０Ｂが形成されている。ただし、拡径面１０Ｂは、拡径筒部９Ｂの内径と同様、パンチ１０の中心軸を含む切断面の向きによって、弧の長さが異なる。また、第２実施形態と同様、拡径筒部９Ｂの内面に縮径先端部２Ｄの板厚分の段差が形成されるように、拡径面１０Ｂには段差が設けられている。

第１の筒部材の一端は、このようなパンチ１０が用いられたプレス加工によって、拡径筒部９Ｂの形状に拡径加工される。また、第１の筒部材における、パンチ１０によって形成された拡径筒部９Ｂ以外の部分が、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す小径筒部９Ａとなる。このような拡径工程によって、上流パイプ９が形成される。

以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第２実施形態と同様の効果に加え、以下の効果が得られる。
（３ａ）小径筒部９Ａは、その中心軸Ｑが、触媒ケース２及び拡径先端部９Ｄの中心軸Ｘとねじれの位置になるように、換言すれば小径筒部９Ａの中心軸Ｑと触媒ケース２及び拡径先端部９Ｄの中心軸Ｘとが偏芯及び偏角するように配置されている。したがって、小径筒部９Ａの中心軸Ｑと触媒ケース２の中心軸Ｘとを一致させるといった設計上の制約がある場合と比較して、車両内での構成部品の配置レイアウトが複雑な場合でも、排気管の配設が容易となる。

（３ｂ）上流パイプ９は、小径筒部９Ａの中心軸Ｑが、拡径先端部９Ｄの中心軸Ｘとねじれの位置にある形状、換言すれば、小径筒部９Ａの中心軸Ｑと拡径先端部９Ｄの中心軸Ｘとが偏芯及び偏角した形状である。したがって、触媒ケース２については１本の直線を中心軸とした形状とすることができる。よって、小径筒部９Ａの中心軸Ｑと大径筒部２Ａの中心軸Ｘとがねじれの位置にある排気管を構成するために、縮径筒部２Ｂをスピニング加工により偏芯偏角加工する必要がない。

なお、上記第１、第２及び第３実施形態では、上流パイプ１，７，９が第１の管の一例に相当し、触媒ケース２が第２の管の一例に相当する。
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
（４ａ）上記各実施形態では、中心軸と垂直な断面形状が真円形状である小径筒部、大径筒部、触媒ケース２及び中流パイプ３を例示したが、小径筒部、大径筒部、触媒ケース２及び中流パイプ３の形状は、これに限定されない。小径筒部、大径筒部、触媒ケース２及び中流パイプ３の中心軸と垂直な断面形状は真円状でなくてもよく、例えば楕円状や多角形状であってもよい。また、サブマフラ４の形状も特に限定されず、例えば、中心軸と垂直な断面形状が、真円形状、楕円状、多角形状などであってもよい。

（４ｂ）上記各実施形態では、拡径筒部及び縮径筒部の内面及び外面が、中心軸Ｘを含む平面を切断面とする断面において、上流側から下流側へ曲率半径が徐々に小さくなるような弧を描く構成を例示したが、拡径筒部の形状はこれに限定されるものではない。拡径筒部の内面及び外面は、上流側から下流側へ曲率半径が徐々に小さくなるような弧に限らず、例えば、上流側から下流側へ曲率半径が徐々に大きくなるような弧や、曲率半径が一定の弧を描く形状でもよい。また、拡径筒部の内面及び外面のすべてが弧を描く形状でなくてもよく、例えば内面及び外面のうち少なくとも内面の一部分が弧を描く形状でもよい。

（４ｃ）上記各実施形態では、縮径先端部の先端付近における内面が滑らかに連続するように、拡径筒部の内面に縮径先端部の板厚分の段差が形成されている構成を例示したが、拡径筒部の形状はこれに限定されるものではない。例えば、拡径筒部の代わりに、縮径筒部に拡径先端部の板厚分の段差が形成されている構成でもよい。また、拡径筒部及び縮径筒部の両方に段差が形成されていてもよく、また拡径筒部及び縮径筒部のいずれにも段差が形成されていない構成でもよい。

（４ｄ）上記各実施形態では、拡径先端部と縮径先端部とが、溶接によって接合される構成を例示したが、接合の方法はこれに限定されるものではない。拡径先端部と縮径先端部とは、例えば、ろう付けによって接合されてもよい。

（４ｅ）上記各実施形態の上流パイプ及び触媒ケース２は、上流パイプの拡径先端部が触媒ケース２の縮径先端部を外側から覆うように当接した状態で接合されている構成を例示したが、上流パイプと触媒ケース２との接合の構成はこれに限定されるものではない。上流パイプ及び触媒ケース２は、例えば、触媒ケース２の縮径先端部が上流パイプ１の拡径先端部を外側から覆うように当接した状態で接合されてもよい。

（４ｆ）上記第１、第２、第３実施形態では、上流パイプのみが偏芯、偏角又は偏芯及び偏角した形状とし、触媒ケース２は１本の直線を中心軸とした形状である構成を例示したが、排気管の構成はこれに限定されるものではない。例えば、上流パイプ及び触媒ケース２の両方によって偏芯、偏角又は偏芯及び偏角した形状を構成するようにしてもよく、また例えば、触媒ケース２のみが偏芯、偏角又は偏芯及び偏角した形状を構成するようにしてもよい。

（４ｇ）上記第１実施形態では小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とが偏芯した構成を、上記第２実施形態では小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とが偏角した構成を例示した。また、上記第３実施形態では小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とが偏芯及び偏角した構成を例示した。しかし、小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸の構成はこれに限定されるものではない。例えば、小径筒部の中心軸と大径筒部の中心軸とが一致した形状になるように配置されてもよい。

（４ｈ）上記各実施形態では、パンチが用いられたプレス加工によって、第１の筒部材の一端が拡径される拡径工程を例示したが、拡径の方法はこれに限定されるものではない。例えば、パンチ以外のプレス加工用工具が用いられたプレス加工によって、第１の筒部材の一端が拡径されるようにしてもよい。

（４ｉ）上記各実施形態では、ローラーが用いられたスピニング加工によって、第２の筒部材の一端が縮径される縮径工程を例示したが、縮径の方法はこれに限定されるものではない。例えば、ローラーの代わりにヘラが用いられたスピニング加工によって、第２の筒部材の一端が縮径されるようにしてもよい。

（４ｊ）上記各実施形態では、内径が曲線状に変化する内面の形状が、上流パイプの拡径筒部及び触媒ケース２の縮径筒部に適用される構成を例示したが、排気管の形状はこれに限定されるものではなく、排気管における流路面積が徐々に変化する他の部分にも適用されてもよい。具体的には、内径が曲線状に変化する内面の形状は、例えば、触媒ケース２の下流側の端部及び中流パイプ３の上流側の端部に適用されてもよく、また例えば、中流パイプ３の下流側の端部及びサブマフラ４の上流側の端部にも適用されてもよい。

（４ｋ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１，７，９…上流パイプ、１Ａ，７Ａ，９Ａ…小径筒部、１Ｂ，７Ｂ，９Ｂ…拡径筒部、１Ｃ，７Ｃ，９Ｃ…拡径面、１Ｄ，７Ｄ，９Ｄ…拡径先端部、２…触媒ケース、２Ａ…大径筒部、２Ｂ…縮径筒部、２Ｃ…縮径面、２Ｄ…縮径先端部、３…中流パイプ、４…サブマフラ、５，８，１０…パンチ、５Ａ，８Ａ，１０Ａ…挿入部、５Ｂ，８Ｂ，１０Ｂ…拡径面、６Ｂ…ローラー、１００…排気管、Ｑ，Ｘ，Ｙ，Ｚ…中心軸。

Claims (11)

1. 車両に搭載された排気管であって、
   流路面積が一定の小径筒部と、前記小径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に増加する拡径筒部と、を有する第１の管と、
   流路面積が前記小径筒部よりも大きくかつ一定の大径筒部と、前記大径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に減少する縮径筒部と、を有する第２の管と、
   を備え、
   前記拡径筒部は、前記小径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において、前記拡径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有し、
   前記縮径筒部は、前記大径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において、前記縮径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有し、
   前記拡径筒部における先端部である拡径先端部と前記縮径筒部における先端部である縮径先端部とが接合され、
   前記小径筒部と前記大径筒部とを連結し排ガスが直接通る排気流路の少なくとも一部が、前記拡径筒部で形成されている、排気管。
2. 請求項１に記載の排気管であって、
   前記拡径筒部と前記縮径筒部とは、前記拡径先端部の内面が前記縮径先端部の外面を覆うように接合されている、排気管。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気管であって、
   前記小径筒部の中心軸は、前記大径筒部の中心軸と平行である、排気管。
4. 請求項３に記載の排気管であって、
   前記小径筒部の中心軸は、前記拡径先端部の中心軸と平行であり、
   前記大径筒部の中心軸は、前記縮径先端部の中心軸と一致する、排気管。
5. 請求項１又は請求項２に記載の排気管であって、
   前記小径筒部の中心軸は、前記大径筒部の中心軸と交わる、排気管。
6. 請求項５に記載の排気管であって、
   前記小径筒部の中心軸は、前記拡径先端部の中心軸と交わり、
   前記大径筒部の中心軸は、前記縮径先端部の中心軸と一致する、排気管。
7. 請求項１又は請求項２に記載の排気管であって、
   前記小径筒部の中心軸は、前記大径筒部の中心軸とねじれの位置にある、排気管。
8. 請求項７に記載の排気管であって、
   前記小径筒部の中心軸は、前記拡径先端部の中心軸とねじれの位置にあり、
   前記大径筒部の中心軸は、前記縮径先端部の中心軸と一致する、排気管。
9. 車両に搭載された排気管の製造方法であって、
   流路面積が一定の第１の筒部材の一端を拡径し、流路面積が一定の小径筒部と、前記小径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に増加する拡径筒部と、を有する第１の管を形成する拡径工程と、
   流路面積が前記第１の筒部材よりも大きくかつ一定の第２の筒部材の一端を縮径し、流路面積が前記小径筒部よりも大きくかつ一定の大径筒部と、前記大径筒部の一端から連続して形成され、流路面積が徐々に減少する縮径筒部と、を有する第２の管を形成する縮径工程と、
   前記拡径筒部における先端部である拡径先端部と前記縮径筒部における先端部である縮径先端部とを接合する接合工程と、
   を備え、
   前記拡径筒部は、前記小径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において前記拡径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有し、
   前記縮径筒部は、前記大径筒部の中心軸を含む平面を切断面とする断面において前記縮径筒部の内面側に向かって膨らんでいる弧を描く形状の面であって、内径が曲線状に変化する面を有し、
   前記小径筒部と前記大径筒部とを連結し排ガスが直接通る排気流路の少なくとも一部が、前記拡径筒部で形成されている、排気管の製造方法。
10. 請求項９に記載の排気管の製造方法であって、
    前記拡径工程は、前記第１の筒部材の一端をプレス加工により拡径する工程である、排気管の製造方法。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の排気管の製造方法であって、
    前記縮径工程は、前記第２の筒部材の一端をスピニング加工により縮径する工程である、排気管の製造方法。

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