JP2005169486A - 異形曲がりテーパ管の製造方法並びにこの方法によって製造された異形曲がりテーパ管 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的工程数が少なくて済み、且つロウ付けや溶接等の接合も減少させることができ、これによって、より一層の低コスト化を実現し得る新規な異形曲がりテーパ管の製造手法を提供する。
【解決手段】 本発明は、小径側開口端１１と大径側開口端１２とを有し、軸芯１０が二次元ないしは三次元的に屈曲もしくは湾曲して成る異形曲がりテーパ管１を製造するにあたり、一枚のブランク材Ｂを出発素材とし、これを、ポンチとダイスとを主な構成部材とする対向型によって曲げ形成し、所望のテーパ管形状に形成するものであり、ブランク材Ｂを断面Ｕ字状に曲げ形成するにあたっては、テーパ管の完成形状における強ベンド部１５をダイスとポンチとにより両側から挟み込んで、強ベンド部１５の形状をほぼ忠実に再現するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車やオートバイ等においてエンジンから吐き出された排気ガスをマフラー側に流すエキゾーストパイプに適用可能なテーパ管に関するものであって、特に管の軸芯が種々の方向に曲がった異形曲がりテーパ管に係るものである。

例えば自動車やオートバイ等において、エンジンから吐き出される排気ガスをマフラー側に導くエキゾーストパイプとして、軸芯が二次元もしくは三次元的に曲がったテーパ管（以下、これを異形曲がりテーパ管と称する）が適用されることがある。
このような異形曲がりテーパ管１′を製造するには、例えば図６に示すように、分断状態の短寸の管状部材Ｐを、溶接等により長手方向に接合して行き、所望のテーパ管を得る手法がある。しかしながら、このような製造手法は、溶接等が多くなるため、一般にコスト高となり、特に量産段階では、合理的な手法とは言えなかった。

このようなことから、本出願人は、溶接等の接合工程を極力減少させる製造手法として、ブランク材を出発素材とし、このものにプレス加工を施して、所望の管状部材（集合管）を製造する手法を開発し、特許出願に至っている（特許文献１参照）。この特許文献１では、溶接工程を極力削減ないしは解消できるため、コスト低減等において相応の効果が達成されている。
しかしながら、上述した自動車関連部品業界にあっては、構成部品の一つひとつに及ぶ低コスト化や軽量化等への要求が極めてシビアであり、エキゾーストパイプ（テーパ管）にあっても、排気ガスを能率的に流すという本来の機能向上はもちろん、常に更なる低コスト化等を達成し得る合理的な製造手法が日々鋭意研究されている。
特開２００２−１８８４４０

本発明は、このような研究開発の一環としてなされたものであって、比較的工程数が少なくて済み、且つ溶接等の接合も減少させることができ、これによって、より一層の低コスト化を実現し得る新規な異形曲がりテーパ管の製造手法の開発を試みたものである。

すなわち請求項１記載の異形曲がりテーパ管の製造方法は、小径側開口端と大径側開口端とを有し、軸芯が二次元ないしは三次元的に屈曲もしくは湾曲して成る異形曲がりテーパ管を製造するにあたり、この異形曲がりテーパ管は、一枚のブランク材を出発素材とするものであり、このブランク材を、ポンチとダイスとを主な構成部材とする対向型によって曲げ形成し、所望のテーパ管形状に形成するものであり、前記ブランク材を断面Ｕ字状に曲げ形成するにあたっては、テーパ管の完成形状における強ベンド部をダイスとポンチとにより両側から挟み込んで、強ベンド部の形状を曲げ工程の初期の段階でブランク材に再現するようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項２記載の異形曲がりテーパ管の製造方法は、前記請求項１記載の要件に加え、Ｕ曲げ工程後、前記ブランク材の両端縁を合わせる曲げ工程においては、合わせ部となる端縁接合部を、テーパ管の完成形状における比較的平らな略平坦部に設定するようにしたことを特徴として成るものである。

更にまた請求項３記載の異形曲がりテーパ管の製造方法は、前記請求項２記載の要件に加え、前記ブランク材の両端縁を合わせる曲げ工程においては、開口端部に芯金を挿入してプレス加工するようにしたことを特徴として成るものである。

また請求項４記載の異形曲がりテーパ管は、小径側開口端と大径側開口端とを具え、軸芯が二次元ないしは三次元的に屈曲もしくは湾曲して成るテーパ管において、前記請求項１、２または３記載の製造方法によって製造されたことを特徴として成るものである。

これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。すなわち前記請求項１記載の発明によれば、一般的なブランク材を出発素材にできるため、材料費、加工費等において大幅なコストダウンが可能となる。また曲げ工程の初期の段階で、比較的曲がりの大きい強ベンド部を、ポンチとダイスで両側から挟み込んで形作るため、強ベンド部の形状が確実に実現でき、完成製品としての形状再現性（賦形性）を高める。

また前記請求項２記載の発明によれば、ブランク材の両端縁の突き合わせが、比較的容易に行え、また、この後、この突き合わせ部に施す、ロウ付けや溶接等もきれいに行える。

更にまた前記請求項３記載の発明によれば、ブランク材の両端縁を突き合わせる曲げ工程においては、ブランク材を芯金に巻き付けるようにして、テーパ管の開口端部の形状を再現するため、所望通りの径寸法や形状等の開口端が、ほぼ忠実に再現できる。なお、テーパ管の開口端部は、特にマフラー等、他の部材と連結されることが多いため、芯金を使用してプレス成形することで、所望の形状や寸法通りに形成することができ、連結時の組立けを確実且つ容易なものとする。

更にまた前記請求項４記載の発明によれば、軸芯が種々の方向に折れ曲がった異形曲がりテーパ管を、現実に一枚のブランク材から曲げ形成し得るため、この種の異形曲がりテーパ管の徹底したコスト低減を達成し得る。

本発明を実施するための最良の形態は、このような異形曲がりテーパ管を、現実に一枚のブランク材から曲げ形成できるようにしたものであり、これにより工程数を削減し、安価な異形曲がりテーパ管を提供できるものである。
以下、本発明を下記の実施例に基づいて説明する。なお説明にあたっては、まず本発明の製造対象となる異形曲がりテーパ管１について説明した後、異形曲がりテーパ管１の製造方法について説明する。

本発明において製造対象とする異形曲がりテーパ管１とは、図１、２に示すように、管の中心を通る軸芯（軸心）が、二次元ないしは三次元的に屈曲または湾曲したテーパ管を意味する。ここで異形曲がりテーパ管１の軸芯を１０、小径側開口端を１１、大径側開口端を１２とする。
なお図１、２に示した実施例では、管の途中部分において軸芯１０が曲がるとともに、小径側開口端１１と大径側開口端１２の向き（開口方向）も異なった異形曲がりテーパ管１を図示している。

因みに、製造しようとするテーパ管が、軸芯１０のブレ（振れ）がないストレート状のものであれば、一枚のブランク材から曲げ形成することは比較的容易と考えられる。すなわち、例えば略扇形状（二重同心円の一部）のブランク材を丸めればストレート状のテーパ管を得ることができる。しかしながら、軸芯１０が三次元的に種々折れ曲がったテーパ管（異形曲がりテーパ管１）を、一枚のブランク材から丸めて形成して行くことは極めて難しく、形状再現性や採算等の点において充分量産に耐え得る製造手法は、現実に存在しなかった。本発明は、このような異形曲がりテーパ管１でも、一枚のブランク材Ｂから現実に量産可能としたものである。

また本発明の異形曲がりテーパ管１において小径側開口端１１と大径側開口端１２との間を移送部１３とするものであり、これはテーパ管内を通過する排気ガスＧの移送長に相当する。なお、この移送部１３の長さは、軸芯１０の長さとほぼ等しくなる。
更にまた、本発明では、ブランク材Ｂを丸めてテーパ管状に形成することから、ブランク材Ｂの端縁同士は、管の長手方向（軸芯１０）に、ほぼ沿うように突き合わされた後、ロウ付けや溶接等によって接合されるものであり、ここを端縁接合部１４とする。

また軸芯１０が種々の方向に曲がっていることに因み、異形曲がりテーパ管１としては、外観上、比較的、曲がりがきつい表面部分が存在し、この部分を強ベンド部１５とする。なお強ベンド部１５は、通常、一つのテーパ管において一カ所存在することが多いが、必ずしも一カ所である必要はなく、一つのテーパ管において二カ所以上存在しても構わない。
またテーパ管の長手方向において管表面がほぼ平らになる部分を略平坦部１６とし、ここには、テーパ管の表面に、ほとんど曲がりが存在しないことが好ましいが、曲がりがあっても比較的緩やかであれば、ここを略平坦部１６とするものである。そして、上述した端縁接合部１４は、この略平坦部１６上に設定（形成）することが好ましく、これは、ブランク材Ｂの端縁同士をより確実に突き合わせ、その後のロウ付け等を施し易くするための構成である。また、このような構成を採ることによって、形状再現性が向上し、所望通りのテーパ管形状を高いレベルで安定的に再現することができる。

本発明の異形曲がりテーパ管１は、以上のような基本構造を有するものであって、以下、本発明方法である、異形曲がりテーパ管の製造方法について説明する。
（１）ブランク材の準備工程
この工程は、異形曲がりテーパ管１の出発素材となるブランク材Ｂを用意する工程であり、実際には、ほぼ一定厚の金属板材から適宜の展開形状を有するようにブランク材Ｂを打ち抜いて準備するのが一般的である。この際、ブランク材Ｂは、当然ながら小径側開口端１１を実現する小径側展開長Ｌ１１、大径側開口端１２を実現する大径側展開長Ｌ１２、移送部１３を実現する移送長Ｌ１３を有する展開形状にブランク取りされる。具体的には一例として図３に示すように、変形扇形状に打ち抜かれ、概ね移送長Ｌ１３を隔てて、小径側展開長Ｌ１１と大径側展開長Ｌ１２とを対向的な二つの弧として有する展開形状を呈する。もちろんブランク材Ｂの展開形状は、このような変形扇形状に限定されるものではなく、軸芯１０の曲がり度合い、端縁接合部１４の設定位置、ブランク材Ｂそのもの性状（例えば展性）等によっては、全くの扇形状（二重同心円の一部）あるいは等脚台形状とすることも可能である。なお、上記図３では、この後、突き合わせを受けるブランク材Ｂの端縁にＳの符号を付している。

（２）Ｕ曲げ工程
この工程は、曲げ工程の初期段階であり、上述した平板状のブランク材Ｂを断面Ｕ字状に曲げ形成する工程である。この工程を行うにあたっては、一例として図４に示すように、Ｕ曲げポンチ２１と、Ｕ曲げダイス２２とを具えたＵ曲げ対向型２によってブランク材Ｂをプレス成形するものである。
この際、本発明では、テーパ管の強ベンド部１５を、Ｕ曲げポンチ２１とＵ曲げダイス２２とで両側から強固に挟み込むようにして、形状を実現するものである。これは、通常、曲がりが大きい部分（強ベンド部１５）は、所望通りの形状に形成することが難しく、このため、曲げ工程の初期の段階で、このような部分をポンチとダイスとで両側から押さえ込み、確実に所望形状に形成するものである。なお、この種のプレス装置にあっては、通常、ダイスは下側に設置され、この上方にポンチが昇降自在（押圧自在）に設けられるため、テーパ管の強ベンド部１５を下側に位置させるような型構造とし、Ｕ曲げポンチ２１とＵ曲げダイス２２とで、ブランク材Ｂを上下から挟み込み、強ベンド部１５の形状を、より忠実に実現するものである。因みに上記図４では、Ｕ曲げ対向型２によってプレス成形される異形曲がりテーパ管１を側面から視た状態で、強ベンド部１５を下側に位置させる型構造を図示している。また図４、５において、（イ）は各工程を受けた後のブランク材Ｂの立体形状を示す斜視図であり、（ロ）は各工程を行うにあたって必要な対向型の一例を示す断面図である。

このようなことから、通常のＵ曲げプレスでは、ブランク材Ｂの中央部がＵ曲げの中心（中央）となることが多いが、本発明では、必ずしもブランク材の中央部がＵ曲げの中心とはならないものである（図４に併せて示すブランク材Ｂ参照）。
なお上記図４では、Ｕ曲げ工程が、あたかも一回のプレス作動で完了するかのように図示したが、強ベンド部１５の曲がり度合いや、プレス装置の性能（押圧能力）等によっては、Ｕ曲げ対向型２を複数用いて、何回かのプレス作動に分けてＵ曲げ工程を行っても何ら構わない。
またブランク材Ｂは、このＵ曲げ工程を受けた段階で、強ベンド部１５に対し両端縁Ｓが立ち上げられた状態となる。

（３）丸曲げ工程
この工程は、Ｕ曲げ工程後のブランク材Ｂを断面円形状等に丸め、その両端縁Ｓを突き合わせ状態に当接させる工程である。この工程を行うにあたっては、一例として図５に示すように、丸曲げポンチ３１と、丸曲げダイス３２とを具えた丸曲げ対向型３によってプレス成形を行うものである。
なお、ここでは、両端縁Ｓを突き合わせる上記工程を、慣例的に「丸曲げ工程」と記載したが、これは通常、断面を円形状に丸めることが多いためである。従って形成しようとするテーパ管の断面は、必ずしも円形（丸）である必要はなく、例えば長円形や四角形等の矩形状断面とすることも可能であるし、あるいは一方の開口端側からもう一方の開口端側にかけて、円形から矩形状に断面を徐々に変化させて行くことも可能である。

また、この丸曲げ工程を実施するには、上述したように、ブランク材Ｂの両端縁Ｓの合わせ（端縁接合部１４）を、略平坦部１６に設定して行うことが好ましい。これによって端縁接合部１４は、比較的緩やかな曲線、あるいは単純な折れ線等、ほぼ直線状に近い軌跡として形成され、両端縁Ｓ同士の突き合わせが、より確実に行えるものである。もちろん、両端縁Ｓの突き合わせが、きれいに行えることで、その後、この部位に施される、ロウ付けや溶接等の接合も行い易くなり、高いレベルで所望のテーパ管形状が実現できるものである。
なお上記図５も、対向型によってプレス成形される異形曲がりテーパ管１を側面から視た状態で図示している。

また丸曲げ工程時には、形状の再現性を、より一層高めるため、ブランク材Ｂの内側に芯金（マンドレル）を挿入してプレス成形することが可能である。特に、テーパ管をエキゾーストパイプの一部として使用するような場合には、開口端部がマフラー等の他部材と接続されることが多いため、両開口端部に芯金を入れ、これにブランク材Ｂを巻き付けるようにプレス成形して、連結部となる開口端を、所望通りの形状や寸法等に再現し、後のマフラー等との組み付け性（嵌合性）を向上させることが好ましい。
なお、この丸曲げ工程においてもＵ曲げ工程と同様に、何回かのプレス作動に分けて行うことが可能である。

（４）端縁接合部の接合工程
この工程は、丸曲げ工程によって突き合わせを受けた両端縁Ｓを、ロウ付けや溶接等によって接合する工程であり、ブランク材Ｂ（この段階でブランク材Ｂは、ほぼ異形曲がりテーパ管１の立体形状を有する）の長手方向に沿うように、ロウ付け等が施され、完成品となる。この際、丸曲げ工程における両端縁Ｓの突き合わせ（当接）が、きれいに行われていれば、このロウ付けも極めて行い易く、高いレベルで所望のテーパ管形状を実現することができる。
なお本発明の異形曲がりテーパ管１は、必ずしもエキゾーストパイプへの適用に限定されるものではなく、各種製造装置等における原料投入用のホッパーや、液体の通液管、管楽器等、種々の部材への適用が可能である。

本発明の異形曲がりテーパ管と、このものをエキゾーストパイプとして適用した使用状況を示す斜視図である。 本発明の異形曲がりテーパ管の正面図並びに平面図である。 異形曲がりテーパ管を製造する際、出発素材となるブランク材の平面展開形状の一例を示す展開図である。 Ｕ曲げ工程を受けたブランク材の外観形状を示す斜視図（イ）と、この工程を行うＵ曲げ型を示す説明図（ロ）である。 丸曲げ工程を受けたブランク材の外観形状を示す斜視図（イ）と、この工程を行う丸曲げ型を示す説明図（ロ）である。 従来手法によって形成された異形曲がりテーパ管を示す斜視図である。

符号の説明

１ 異形曲がりテーパ管
２ Ｕ曲げ対向型
３ 丸曲げ対向型
１０ 軸芯
１１ 小径側開口端
１２ 大径側開口端
１３ 移送部
１４ 端縁接合部
１５ 強ベンド部
１６ 略平坦部
２１ Ｕ曲げポンチ
２２ Ｕ曲げダイス
３１ 丸曲げポンチ
３２ 丸曲げダイス
Ｂ ブランク材
Ｇ 排気ガス
Ｌ１１ 小径側展開長
Ｌ１２ 大径側展開長
Ｌ１３ 移送長
Ｐ 短寸の管状部材
Ｓ 端縁（ブランク材の）

Claims (4)

1. 小径側開口端と大径側開口端とを有し、軸芯が二次元ないしは三次元的に屈曲もしくは湾曲して成る異形曲がりテーパ管を製造するにあたり、
   この異形曲がりテーパ管は、一枚のブランク材を出発素材とするものであり、このブランク材を、ポンチとダイスとを主な構成部材とする対向型によって曲げ形成し、所望のテーパ管形状に形成するものであり、
   前記ブランク材を断面Ｕ字状に曲げ形成するにあたっては、テーパ管の完成形状における強ベンド部をダイスとポンチとにより両側から挟み込んで、強ベンド部の形状を曲げ工程の初期の段階でブランク材に再現するようにしたことを特徴とする異形曲がりテーパ管の製造方法。
2. Ｕ曲げ工程後、前記ブランク材の両端縁を合わせる曲げ工程においては、合わせ部となる端縁接合部を、テーパ管の完成形状における比較的平らな略平坦部に設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の異形曲がりテーパ管の製造方法。
3. 前記ブランク材の両端縁を合わせる曲げ工程においては、開口端部に芯金を挿入してプレス加工するようにしたことを特徴とする請求項２記載の異形曲がりテーパ管の製造方法。
4. 小径側開口端と大径側開口端とを具え、軸芯が二次元ないしは三次元的に屈曲もしくは湾曲して成るテーパ管において、請求項１、２または３記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする異形曲がりテーパ管。

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