JP7564150B2 - 消音器の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、消音器の製造方法に関する。

排気ガスの流路に配置される消音器は、内管と外管との間の空隙に吸音材が配置された二重管によって構成される。この消音器は、空隙の一端を閉じた状態で吸音材を充填したのち、スピニングによって外管を縮径させて空隙の他端を閉じることで製造される（特許文献１参照）。

この製造方法では、スピニング時における吸音材の空隙からのはみ出しを抑制するために、空隙に連通する孔が設けられた内管から空気を吸引しながら外管を縮径させる。

特開２０１９－４４５９２号公報

上述の製造方法では、内管に設けられた孔との距離によって吸音材の吸引力にバラツキが発生する。そのため、スピニング時における吸音材の空隙からのはみ出しが十分に抑制できない。

本開示の一局面は、スピニング時の吸音材のはみ出しを抑制できる消音器の製造方法を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、内管と、内管の外周面を囲うように配置された外管と、内管と外管との間に設けられた空隙と、空隙に配置された吸音材と、を備える消音器の製造方法である。消音器の製造方法は、第１端部が閉塞された空隙の第２端部から吸音材を充填する工程と、空隙に充填された吸音材に向けて、空隙の第２端部から気体を送りつつ、外管をスピニングによって縮径する工程と、を備える。

このような構成によれば、第２端部から空隙内の吸音材に向けて気体を送ることで、吸音材を空隙の第１端部（つまり閉塞端）に向けて押圧することができる。その結果、スピニング時の空隙からの吸音材のはみ出しを抑制できる。また、吸音材が存在しない空気層の発生を抑制できるため、消音機能の向上及び消音器の小型化を図ることができる。

本開示の一態様では、縮径する工程では、少なくとも外管の内周面近傍に存在する吸音材に気体を当ててもよい。このような構成によれば、スピニングによる遠心力が大きくなる消音器の径方向外側の吸音材を気体で押圧することができる。そのため、スピニング時の吸音材のはみ出し抑制効果が促進される。

本開示の一態様では、縮径する工程では、外管の内周面に近い領域に向けて送られる単位時間当たりの気体の量を、内管の外周面に近い領域に向けて送られる単位時間当たりの気体の量よりも大きくしてもよい。このような構成によれば、スピニングによる遠心力が大きくなる消音器の径方向外側の吸音材に気体を集中させることができる。そのため、スピニング時の吸音材のはみ出し抑制効果が促進される。

本開示の一態様では、縮径する工程では、ノズルを用いて外管の内周面近傍に気体を送ってもよい。このような構成によれば、吸音材がはみ出しやすい領域に気体を効率よく誘導できる。そのため、スピニング時の吸音材のはみ出し抑制効果が促進される。

本開示の一態様では、外管の軸方向と垂直な断面における外形は円形であってもよい。縮径する工程では、空隙を構成する外管の内周面に気体を当ててもよい。このような構成によれば、径方向外側の遠心力が大きくなる外管に対し、吸音材のはみ出しを効率よく抑制できる。

本開示の一態様では、内管は、空隙と連通する連通孔を有してもよい。縮径する工程では、内管の内部空間から気体を吸引しつつ、スピニングを行ってもよい。このような構成によれば、気体の吸引によって吸音材に加わる遠心力の一部を相殺できる。そのため、スピニング時の吸音材のはみ出し抑制効果が促進される。

図１Ａは、実施形態における消音器の模式的な中央縦断面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線での模式的な断面図である。 図２は、実施形態における消音器の製造方法のフロー図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、図２の消音器の製造方法における一工程を示す模式図である。 図４は、図２の消音器の製造方法における一工程を示す模式図である。 図５は、図４とは異なる実施形態における消音器の製造方法における一工程を示す模式図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
＜消音器＞
図１Ａ及び図１Ｂに示す消音器１は、例えば内燃機関の排気ガス流路内に設けられる。消音器１は、内管２と、外管３と、保持部材４と、空隙５と、吸音材６とを備える。

＜内管＞
内管２は、内部を排気ガスが通過する金属製のパイプである。内管２の軸方向と垂直な断面（つまり横断面）における外形は円形（具体的には真円）である。内管２は、第１端部２１と、第２端部２２と、複数の連通孔２３とを有する。

第１端部２１及び第２端部２２は、それぞれ、外管３と径方向に連結されている。排気ガスは、第１端部２１から第２端部２２に向かって流れてもよいし、第２端部２２から第１端部２１に向かって流れてもよい。

複数の連通孔２３は、内管２の内部空間（つまり排気ガス流路）と、空隙５（つまり内管２の外部）とを連通する貫通孔である。連通孔２３は、内管２の周方向又は軸方向に沿って任意の場所に配置される。なお、内管２は、１つの連通孔２３を有してもよい。連通孔２３と空隙５との連通により、空隙５を利用した空間拡張による消音が可能になる。

＜外管＞
外管３は、内管２の外周面を囲うように配置された金属製のパイプであり、消音器１の外殻を構成している。外管３の軸方向と垂直な断面（つまり横断面）における外形は円形（具体的には真円）である。外管３の内径は、内管２の外径よりも大きい。

外管３は、第１端部３１と、第２端部３２と、中央部とを有する。第１端部３１は、内管２の第１端部２１の外周面に重ね合わされ、その全周が例えば溶接によって第１端部２１に接合されている。第２端部３２は、内管２の第２端部２２の外周面に重ね合わされ、その全周が保持部材４を介して第２端部２２に連結されている。

中央部は、外管３の軸方向において第１端部３１と第２端部３２との間に位置する部位である。第１端部３１及び第２端部３２は、それぞれ、中央部に対し縮径している。中央部は、外径が一定の胴部と、胴部の一方の端から第１端部３１に向かって直線的、段階的又は曲線的に縮径する第１傾斜部と、胴部の他方の端から第２端部３２に向かって直線的、段階的又は曲線的に縮径する第２傾斜部とを有する。

＜保持部材＞
保持部材４は、内管２の第２端部２２と外管３の第２端部３２との間に配置されたリング状の部材である。なお、保持部材４は、リングの一部を切り欠いたＣ字状でもよい。また、保持部材４は、リング状又はＣ字状を形成する複数の部品の組み合わせで構成されてもよい。

保持部材４は、内管２の外周面と、外管３の内周面との間に挟み込まれており、内管２及び外管３の少なくとも一方には固定されていない。保持部材４は、内管２又は外管３に対して摺動することで、内管２と外管３との熱膨張差を吸収する。

保持部材４は、内管２の外周面及び外管３の内周面の周方向全体に沿って配置されている。つまり、保持部材４は、内管２と外管３との間の空間（つまり空隙５）における内管２の軸方向の端部を閉塞するように配置されている。なお、保持部材４は、完全に空隙５を閉塞しなくてもよい。

保持部材４は、吸音材６を空隙５内に保持でき、かつ少なくとも内管２又は外管３に対して摺動することができるものであれば限定されない。保持部材４としては、例えば金属製のワイヤメッシュが好適である。

＜空隙＞
空隙５は、内管２と外管３との間に設けられた空間である。空隙５は、内管２の第１端部２１と外管３の第１端部３１とによって閉塞された第１端部５１と、内管２の第２端部２２と外管３の第２端部３２と保持部材４とによって閉塞された第２端部５２とを有する。空隙５は、内管２の外周面と、外管３の内周面とによって画定されている。

＜吸音材＞
吸音材６は、空隙５に配置された吸音性を有する充填材の集合体である。吸音性を有する充填材としては、例えばグラフファイバー等の繊維が好適である。

具体的には、吸音材６は、内管２と外管３の中央部の胴部との間、内管２と外管３の中央部の第１傾斜部との間、及び内管２と外管３の中央部の第２傾斜部との間に配置されている。吸音材６は、均一な密度で配置されることが好ましい。

＜消音器の製造方法＞
図２に示す消音器の製造方法は、接合工程Ｓ１０と、充填工程Ｓ２０と、縮径工程Ｓ３０とを備える。

（接合工程）
本工程では、図３Ａに示すように、内管２の第１端部２１と、外管３の第１端部３１とを例えば溶接によって接合する。

本工程における外管３は、直管の一方の端部をスピニングによって縮径し、第１傾斜部及び第１端部３１を形成したものである。外管３は、第１端部２１とは反対側の端部に保持部材４が固定された内管２に挿入される。内管２の第１端部２１と外管３の第１端部３１とが接合されることで、第１端部５１が閉塞された空隙５が形成される。

（充填工程）
本工程では、図３Ｂに示すように、空隙５の第２端部５２（つまり第１端部５１とは反対側）から吸音材６を充填する。

具体的には、内管２の第２端部２２にキャップ１２（図４参照）を挿入した状態で、内管２の内部の空気を吸引しながら、吸音材６を充填する。吸音材６の充填時には、比較的均一な密度で吸音材６を充填するために、内管２及び外管３を回転させるとよい。

（縮径工程）
本工程では、図４に示すように、空隙５に充填された吸音材６に向けて、空隙５の第２端部５２から気体を送りつつ、外管３をスピニングによって縮径する。

外管３のスピニングは、公知のスピニング加工装置で行われる。スピニング加工装置は、内管２の第１端部２１（つまり外管３の第１端部３１）に取り付けられたスピンドル１１と、内管２の第２端部２２に挿入されたキャップ１２と、外管３の第２端部３２の径方向外側に配置されたローラ（図示省略）とを備える。

スピンドル１１は、例えば内管２と共に外管３を軸回転させる。スピンドル１１の先端は、内管２の内部空間に挿入されている。スピンドル１１によって回転する外管３の第２端部３２に対し、径方向外側からローラが押し当てられることで、外管３が縮径する。

スピニングは、予め内管２に取り付けられた保持部材４と共に外管３が空隙５の第２端部５２を閉塞するまで行われる。これにより、外管３の第２傾斜部及び第２端部３２が形成される。なお、例えば内管２又は外管３を固定しているチャックを回転させることにより、外管３のスピニングを行ってもよい。

スピニングの実施中（具体的には内管２及び外管３の回転開始から外管３の第２端部３２が形成されるまでの間）、気体供給装置１３によって、吸音材６に向けて気体が送られる。気体としては、例えば圧縮空気を用いることができる。気体供給装置１３は、ノズル１３Ａ，１３Ｂを用いて外管３の空隙５を構成する内周面に気体を当てることによって、回転する外管３の内周面近傍に気体を送る。

これにより、本工程において、少なくとも外管３の内周面近傍に存在する吸音材６に気体が当てられる。また、本工程では、内管２の外周面近傍に存在する吸音材６には、実質的に気体を送らない。又は、本工程では、外管３の内周面近傍の風量よりも内管２の外周面近傍の風量を相対的に少なくしてもよい。例えば、内管２の外周面近傍よりも外管３の内周面に、強い風を当ててもよい。

このように本工程では、外管３の内周面に近い領域に向けて送られる単位時間当たりの気体の量を、内管２の外周面に近い領域に向けて送られる単位時間当たりの気体の量よりも大きくする。換言すれば、本工程では、外管３の内周面に近い領域に向けて送られる空隙５の横断面における単位面積当たりの気体の量を、内管２の外周面に近い領域に向けて送られる空隙５の横断面における単位面積当たりの気体の量よりも大きくする。本工程では、単位時間当たりの気体の量と単位面積当たりの気体の量との双方を調整してもよい。

気体供給装置１３から送られる気体によって、吸音材６は、空隙５の閉塞された第１端部５１に向かって押圧される。そのため、外管３の内径が大きい場合、内管２の連通孔２３が偏って配置されている場合、及び連通孔２３の径が小さい場合にも、吸音材６のはみ出しを抑制できる。また、吸音材６が空隙５内で圧縮されるため、吸音材６が存在しない空気層の発生が抑制される。

本工程では、スピニングによって外管３の第２端部３２は縮径していくため、これに合わせてノズル１３Ａ，１３Ｂの向きを変更するとよい。つまり、スピニングに合わせて、ノズル１３Ａ，１３Ｂの先端を徐々に内管２の外周面に近づくように移動させるとよい。

なお、図４では、２つのノズル１３Ａ，１３Ｂを用いて気体を送っているが、外管３が回転しているため、ノズルの数は１つであってもよい。また、３つ以上のノズルが外管３の周方向に沿って等間隔で配置されてもよい。さらに、ノズルの先端はフレア形状であってもよい。また、気体の供給方向は、内管２の軸方向と平行であってもよい。

また、本工程では、内管２の内部空間から気体を吸引しつつ、スピニングを行う。具体的には、スピンドル１１の内部に設けられた吸引路１１Ａによって回転している内管２の内部空間から気体を吸引する。

空隙５内の気体は、内管２の連通孔２３を通過して、主にスピンドル１１によって外部に排出される。気体の吸引に伴って、吸音材６も内管２の外周面に向かって吸引される。つまり、吸音材６にスピニングによる遠心力を相殺する力が作用する。なお、スピンドル１１以外の気体排出装置を用いてもよい。

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第２端部５２から空隙５内の吸音材６に向けて気体を送ることで、吸音材６を空隙５の第１端部５１（つまり閉塞端）に向けて押圧することができる。その結果、スピニング時の空隙５からの吸音材６のはみ出しを抑制できる。また、吸音材６が存在しない空気層の発生を抑制できるため、消音機能の向上及び消音器１の小型化を図ることができる。

（１ｂ）外管３の内周面近傍に存在する吸音材６に気体を当てることで、スピニングによる遠心力が大きくなる消音器１の径方向外側の吸音材６を気体で押圧することができる。そのため、スピニング時の吸音材６のはみ出し抑制効果が促進される。

（１ｃ）外管３の内周面に近い領域に向けて送られる気体の量を、内管２の外周面に近い領域に向けて送られる気体の量よりも大きくすることで、スピニングによる遠心力が大きくなる消音器１の径方向外側の吸音材６に気体を集中させることができる。そのため、スピニング時の吸音材６のはみ出し抑制効果が促進される。

（１ｄ）ノズル１３Ａ，１３Ｂを用いて外管３の内周面近傍に気体を送ることで、吸音材６がはみ出しやすい領域に気体を効率よく誘導できる。そのため、スピニング時の吸音材６のはみ出し抑制効果が促進される。

（１ｅ）空隙５を構成する外管３の内周面に気体を当てることで、径方向外側の遠心力が大きくなる外管３に対し、吸音材６のはみ出しを効率よく抑制できる。

（１ｆ）内管２の内部空間から気体を吸引することで、気体の吸引によって吸音材６に加わる遠心力の一部を相殺できる。そのため、スピニング時の吸音材６のはみ出し抑制効果が促進される。

［２．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。

（２ａ）上記実施形態の消音器の製造方法において、必ずしも縮径工程において内管の内部空間から気体を吸引しなくてもよい。また、内管は必ずしも連通孔を有しなくてもよい。

（２ｂ）上記実施形態の消音器の製造方法において、内管及び外管それぞれの横断面における外形は必ずしも真円でなくてもよい。例えば、これらの横断面の外形は楕円であってもよい。

（２ｃ）上記実施形態の消音器の製造方法において、縮径工程では、必ずしも外管の内周面に気体を当てなくてもよい。また、必ずしもノズルで気体を送らなくてもよい。さらに、外管の内周面に近い領域に向けて送られる気体の量と、内管の外周面に近い領域に向けて送られる気体の量とが同等であってもよい。

例えば、図５に示すように、気体供給装置１４として、内管２の軸方向に沿って、空隙５の第２端部５２全体に気体を送るファンを用いてもよい。気体供給装置１４は、吸音材６の端面全体に均一的に気体を当てるように構成されている。

（２ｄ）上記実施形態の消音器の製造方法において、消音器の軸方向の長さ、使用環境（例えば、排気ガス温度が低い場合）等によっては、消音器は必ずしも保持部材を備えなくてもよい。

（２ｅ）上記実施形態の消音器の製造方法において、消音器は、空隙を排気ガスの流れ方向における上流側と下流側とに分割するセパレータを備えてもよい。また、セパレータで分割された空隙の一方のみに吸音材が充填されてもよい。

さらに、消音器は、２層以上の種類の異なる吸音材を備えてもよい。例えば、縮径工程において、ステンレスウール等の吸音材に重ねて充填されたグラスファイバーに気体を送ってもよい。

（２ｆ）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したりしてもよい。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、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から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…消音器、２…内管、３…外管、４…保持部材、５…空隙、６…吸音材、
１１…スピンドル、１１Ａ…吸引路、１２…キャップ、１３…気体供給装置、
１３Ａ，１３Ｂ…ノズル、１４…気体供給装置、２１…第１端部、２２…第２端部、
２３…連通孔、３１…第１端部、３２…第２端部、５１…第１端部、５２…第２端部。

Claims (7)

1. 内管と、前記内管の外周面を囲うように配置された外管と、前記内管と前記外管との間に設けられた空隙と、前記空隙に配置された吸音材と、を備える消音器の製造方法であって、
   第１端部が閉塞された前記空隙の第２端部から前記吸音材を充填する工程と、
   前記空隙に充填された前記吸音材に向けて、前記空隙の前記第２端部から気体を送りつつ、前記外管をスピニングによって縮径する工程と、
   を備え、
   前記縮径する工程では、少なくとも前記外管の内周面近傍に存在する前記吸音材に前記気体を当てる、消音器の製造方法。
2. 請求項１に記載の消音器の製造方法であって、
   前記縮径する工程では、前記外管の内周面に近い領域に向けて送られる単位時間当たりの前記気体の量を、前記内管の外周面に近い領域に向けて送られる単位時間当たりの前記気体の量よりも大きくする、消音器の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の消音器の製造方法であって、
   前記縮径する工程では、ノズルを用いて前記外管の内周面近傍に前記気体を送る、消音器の製造方法。
4. 請求項１に記載の消音器の製造方法であって、
   前記外管の軸方向と垂直な断面における外形は円形であり、
   前記縮径する工程では、前記空隙を構成する前記外管の内周面に前記気体を当てる、消音器の製造方法。
5. 内管と、前記内管の外周面を囲うように配置された外管と、前記内管と前記外管との間に設けられた空隙と、前記空隙に配置された吸音材と、を備える消音器の製造方法であって、
   第１端部が閉塞された前記空隙の第２端部から前記吸音材を充填する工程と、
   前記空隙に充填された前記吸音材に向けて、前記空隙の前記第２端部から気体を送りつつ、前記外管をスピニングによって縮径する工程と、
   を備え、
   前記外管の軸方向と垂直な断面における外形は円形であり、
   前記縮径する工程では、前記空隙を構成する前記外管の内周面に前記気体を当てる、消音器の製造方法。
6. 請求項１又は請求項５に記載の消音器の製造方法であって、
   前記内管は、前記空隙と連通する連通孔を有し、
   前記縮径する工程では、前記内管の内部空間から前記気体を吸引しつつ、前記スピニングを行う、消音器の製造方法。
7. 内管と、前記内管の外周面を囲うように配置された外管と、前記内管と前記外管との間に設けられた空隙と、前記空隙に配置された吸音材と、を備える消音器の製造方法であって、
   第１端部が閉塞された前記空隙の第２端部から前記吸音材を充填する工程と、
   前記空隙に充填された前記吸音材に向けて、前記空隙の前記第２端部から気体を送っているときに、前記外管をスピニングによって縮径する工程と、
   を備える、消音器の製造方法。

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