JP4647140B2

JP4647140B2 - 管端の成形方法

Info

Publication number: JP4647140B2
Application number: JP2001192640A
Authority: JP
Inventors: 彰広遠藤
Original assignee: SAKAMOTO INDUSTRY CO.,LTD.
Current assignee: SAKAMOTO INDUSTRY CO.,LTD.
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: US20020194892A1; JP2003010922A; DE60105274D1; ATE275011T1; US6725698B2; EP1270109A1; EP1270109B1; DE60105274T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の消音器等に用いられる管、特に断面楕円形状、あるいは長方形状をなす管のように、断面において長軸方向と短軸方向とを有する扁平な管の端部の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の車両においては、消音器を構成する管として断面楕円形状をなす管が多用されている。これは、断面楕円形状の管が長軸方向と短軸方向とを有しており、短軸方向を上下方向に向けることにより、断面積の割に上下方向の幅を狭くすることができるというレイアウト上の有利性を有しているからである。
【０００３】
ところで、消音器に接続される排気管は、断面円形をなしているのみならず、消音器を構成する楕円管より小径になっている。そこで、図１６〜図１８に示すように、消音器を構成する楕円管Ａの両端部には、テーパ状をなす先細り部ａ及び断面円形で一様な直径を有する接続部ｂをスピニング加工によって形成し、接続部ｂに排気管（図示せず）を嵌合させて接続するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
楕円管Ａの端部にスピニング加工によってテーパ状の先細り部ａを形成すると、図１７に示すように、楕円管Ａのうちの短軸方向における外周と先細り部ａの大径側端部外周との交差部に短軸方向に突出する突出部ｃが形成される。そして、この突出部ｃが車両の他の部材に干渉するという問題がある。このような問題を回避するために、先細り部ａの加工後には、突出部ｃを凹ませてほぼ平坦にするという後加工が一般に行われている。しかし、突出部ｃの突出量ｄ_１が過度に大きいと、後加工終了後に突出部ｃがあった箇所が逆に凹んでしまったり、先細り部ａに皺がよるという波打ち現象が生じることがあった。そこで、突出量ｄ_１を出きる限り小さくすることが要望されていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記要望に応えるためになされたものであり、直交する２方向の長さが異なる断面形状を有する素管の端部外周に成形具を押し付けつつ素管の回転軸線を中心として相対回転させるとともに、成形具を素管の中央側から端縁側へ向かうにしたがって素管の回転軸線に接近するように移動させることにより、素管の端部に中央側から端縁側へ向かうにしたがって小径となる断面円形の先細り部を成形する方法において、上記先細り部の母線が中凹の凹曲線になるよう、上記先細り部の上記素管の軸線に対する傾斜角度を素管の中央側から端縁側へ向かうにしたがって漸次小さくしたことを特徴としている。
この場合、上記成形具による成形工程を複数回にわたって繰り返し、各成形工程毎に上記先細り部を上記素管の中央側から順次仕上げるようにしてもよく、あるいは上記成形具による成形工程を複数回にわたって繰り返すことにより、上記素管の端部を成形工程毎に小径にし、最終成形工程において上記上記先細り部全体を成形するようにしてもよい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図１〜図１５を参照して説明する。
まず、この発明に係る管端の成形方法によって成形された消音器のケーシング１を図１〜図３に基づいて説明すると、このケーシング１は、断面楕円形状をなす素管２の両端部をこの発明に係る成形方法によって成形したものであり、素管２の両端部には、先細り部３と接続部４とが素管２の中央側から端部側へ向かって順次形成されている。
【０００７】
先細り部３は、その軸線を素管２の軸線と一致させて形成されており、素管２の中央側から先端側へ向かうにしたがって漸次細くなっている。しかも、先細り部３の細くなる割合は、素管２の中央側で大きく、中央側から先端（端縁）側へ向かうにしたがって漸次小さくなっている。換言すれば、素管２の軸線に対する先細り部３の傾斜角度が、素管２の中央側で大きく、中央側から先端側へ向かうにしたがって漸次小さくなっている。この結果、先細り部３の外周面の母線（先細り部３の中心線を含む平面と先細り部３の外周面との交線）は、中凹の凹曲線状になっている。
【０００８】
一方、接続部４は、その軸線を先細り部３の軸線と一致させて配置されており、断面円形で内外径が一定のストレートな筒状に形成されている。接続部４の内外径は、先細り部３の先端部の内外径と同一になっている。接続部４の内周又は外周には、排気管（図示せず）が嵌合して接続される。
【０００９】
次に、上記構成のケーシング１の先細り部３及び接続部４を成形する場合について説明する。先細り部３及び接続部４はスピニング加工によって成形されている。スピニング加工は、成形ロール（成形具）Ｒを素管２に押し付けつつ素管２の軸線を中心として公転させることにより、先細り部３及び接続部４を成形するものであり、スピニング加工自体は周知である。そこで、スピニング加工についての詳細な説明は省略する。
【００１０】
図４〜図９は、素管２の端部に先細り部３及び接続部４をスピニング加工によって成形する場合の一実施の形態を示している。この実施の形態では、素管２の端部の成形、つまり先細り部３及び接続部４の成形が３回の成形工程を経て完了するようになっており、成形は先細り部３の大径側から順次行われるようになっている。
【００１１】
すなわち、図４〜図６に示すように、第１成形工程においては、大径側端部３Ａと、この大径側端部３Ａに対して素管２の端部側に続く第１ストレート部４Ａとが成形される。大径側端部３Ａは、先細り部３の大径側（素管２の中央側）の端部と同一形状をなしている。一方、第１ストレート部４Ａは、断面円形で全長にわたって一様な内外径を有しており、その外径は、素管２の長軸方向の長さ（長軸方向における素管２の外径）と短軸方向の長さ（短軸方向における素管２の外径）とのほぼ中間値に設定されている。第１ストレート部４Ａの外径と大径側端部３Ａの小径側端縁の外径とは同一である。したがって、第１成形工程において成形される大径側端部３Ａの長さは、その小径側端縁の外径が第１ストレート部４Ａの外径と同一になる位置によって決定されている。
【００１２】
大径側端部３Ａは、成形ロールＲを素管２の中央側から先端側へ向かうにしたがって素管２の軸線に接近するように移動させることによって成形することができる。勿論、その場合には、先細り部３の細くなる割合が素管２の中央側で大きく、中央側から先端側へ向かうにしたがって漸次小さくなっているので、成形ロールＲもそれに合わせて移動させる。一方、第１ストレート部４Ａは、成形ロールＲを素管２の軸線と平行に移動させることによって成形することができる。
なお、ストレート部４Ａの外径が素管２の短軸方向における部分の外径より大径であるので、ストレート部４Ａと短軸方向における素管２の外周部との間には、素管２の中央側から先端側へ向かうにしたがって大径になる先太り部５Ａが形成される。ただし、この先太り部５Ａは、次の第２成形工程で成形加工されて先細り部３の一部になる。したがって、先太り部５Ａがケーシング１の一部として残ることはない。
【００１３】
第２成形工程が図７〜図９に示されている。この第２成形工程においては、先細り部３のうちの大径側端部３Ａに続く中間部３Ｂ及びこの中間部３Ｂに続く第２ストレート４Ｂが成形される。第２ストレート部４Ｂは、素管２の短軸方向における部分の外径と接続部４の外径とのほぼ中間値になるように設定されている。第２ストレート部４Ｂの外径に対応して中間部３Ｂの長さが規定されている。中間部３Ｂ及び第２ストレート部４Ｂは、それぞれ大径側端部３Ａ及び第１ストレート部４Ａと同様にして成形することができる。
【００１４】
最終の第３成形工程においては、先細り部３のうちの残りの部分である小径側端部３Ｃと接続部４とが成形される。小径側端部３Ｃは、大径側端部３Ａ及び中間部３Ｂと同様にして成形することができ、接続部４は、第１、第２ストレート部４Ａ，４Ｂと同様にして成形することができる。
【００１５】
上記のようにして先細り部３を成形した場合には、各成形工程において成形された大径側端部３Ａ、中間部３Ｂ及び小径側端部３Ｃとの間（各部分の連結部）に小さい段差が生じることがある。そこで、第３工程の後には、成形ロールＲを先細り部３に接触させながらその全体に沿って移動させる仕上げ工程を施すのが望ましい。その場合には、大径側端部３Ａ、中間部３Ｂ及び小径側端部３Ｃについては、仕上げ代を有する状態で成形するのが望ましい。また、成形は、必ずしも３回の成形工程で完了させる必要はなく、１回又は２回、あるいは４回以上の成形工程で完了させるようにしてもよい。
【００１６】
上記のように、素管２の軸線に対する先細り部３の外周面の傾斜角度を、素管２の中央側で大きくし、先端側へ向かうにしたがって小さくなるように成形した場合には、素管２の短軸方向の外周と先細り部３の大径側の外周との交差部に形成される突起５の高さｄ_２を、後述する実験結果からも明らかなように、先細り部をテーパ状に成形した従来のものに比して大幅に小さくすることができる。
【００１７】
次に、この発明に係る成形方法の第２の実施の形態を図１０〜図１５に基づいて説明する。この実施の形態においても、先細り部３及び接続部４を３回の成形工程を経て成形するようになっている。しかし、この実施の形態では、先細り部３をその大径側から順次成形するのではなく、素管２の端部を第１、第２成形工程毎に順次小径にし、最終工程たる第３成形工程で先細り部３及び接続部４全体の形成を完了するようにしている。
【００１８】
すなわち、第２の実施の形態の第１成形工程では、素管２の端部に中央側から端縁側へ向かって第１先細り部６Ａおよび第１円筒部７Ａが順次成形される。第１先細り部６Ａは、素管２の端部をその中央側から端部側へ向かって漸次小径になるように成形することによって形成されており、先細り部３の大径側の端部とほぼ同一形状をなしている。ただし、第１先細り部６Ａが始まる始端６１は、図１０に示すように、先細り部３の始端３１より素管２の端部側に位置させられている。つまり、第１先細り部６Ａは、先細り部３より素管２の端部側に位置させられている。その結果、第１先細り部６Ａの外径は、素管２の軸線方向の同一位置における先細り部３の外径より大径になる。なお、第１先細り部６Ａと先細り部３との半径差のほぼ半分が次の第２成形工程における加工代になる。
【００１９】
第１円筒部７Ａは、断面円形で一定の内外径を有する筒状に形成されており、図１２に示すように、その外径は素管２の長軸方向における外径と短軸方向における外径とのほぼ中間の値に設定されている。第１円筒部７Ａの外径に対応して第１先細り部６Ａの長さが決定されているのは、上記の実施の形態と同様である。また、図１１に示すように、第１成形工程が完了した時点においては、素管２の短軸方向における外周面と第１円筒部７Ａとの間に、素管２の中央側から第１円筒部７Ａ側へ向かうにしたがって漸次大径になる先太り部８Ａが形成されるが、この先太り部８Ａも、前述した先太り部５Ａと同様に、最終的には先細り部３の一部に成形される。
【００２０】
図１３〜図１５に示す第２成形工程では、第２先細り部６Ｂ及び第２円筒部７Ｂが成形される。第２先細り部６Ｂ及び第２円筒部７Ｂは、先細り部３及び接続部４と第１先細り部６Ａ及び第１円筒部７Ａとの中間の形状寸法を有するように加工される。第２成形工程が完了した時点においては、図１５に示すように、第２円筒部７Ｂの外径が素管２の短軸方向の部分の外径より小さくなっている。この結果、第２先細り部６Ｂが素管２の全周にわたって形成されており、第１成形工程において成形された先太り部８Ａは第２先細り部６Ｂの一部になっている。
【００２１】
第２成形工程が完了したら、第３成形工程において、先細り部３及び接続部４が成形加工される。これにより、素管２の管端部の成形が完了する。
【００２２】
なお、この実施の形態においても、先細り部３及び接続部４を必ずしも３回の成形工程を経て成形する必要はない。例えば、第３成形工程の完了時に若干の仕上げ代を残し、第３成形工程後に仕上げ成形工程を採用し、この仕上げ成形工程によって先細り部３及び接続部４を成形してもよい。また、素管２の軸線方向への成形ロールＲの移動速度を遅くするならば、１回の成形工程で先細り部３及び接続部４を成形することも可能であり、３回以外の複数の成形工程を経て先細り部３及び接続部４を成形することも可能である。
【００２３】
次に、素管１の短軸方向の外周と先細り部の外周との交差部に生じる突出部の高さを低くすることができるというこの発明の効果を確認するために行った実験結果を紹介する。この実験においては、先細り部３の母線を凹曲線にする一方、比較対象たる従来の先細り部ａの母線を直線にした点を除き、本件発明と比較従来例とで実験条件を同一にした。実験条件は次のとおりである。素管２としては、外周面の長軸方向の長さが１５８ｍｍ、短軸方向の長さが９４ｍｍ、肉厚が１．５ｍｍである素管を用いた。また、本件発明及び従来例の先細り部３，ａの長さＬを６０ｍｍとし、先細り部３，ａの小径側端部の外径（接続部４の外径Ｄ）を６５ｍｍとした。このようにした結果、従来のものでは先細り部ａの傾斜角度θが３６°であったのに対し、本件発明では、素管２の中央側及び接続部４側における各端部の傾斜角度がそれぞれ７６°と１４°とになり、母線の曲率半径は、ほぼ１００ｍｍになった。また、素管２の軸線方向における成形ロールＲの送り速度を３０００ｍｍ／ｍｉｎとし、公転速度を５５０ｒｐｍとした。
【００２４】
このような条件の下で先細り部３，ａ及び接続部４，ｂを成形したところ、従来のものでは、突起ｃの高さｄ１が７ｍｍ程度であったのに対し、本件発明では、突起５の高さｄ２が５ｍｍになった。したがって、突起５の高さを約３０％程度低くすることができた。
【００２５】
なお、この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、適宜変更可能である。
例えば、上記の実施の形態は、断面楕円形状の素管２を成形したものであるが、この発明は、断面長方形、菱形、台形、二等辺三角形等の各種の素管に適用することができる。
また、上記の実施の形態においては、成形ロールＲを素管２の回りに回転させているが、各成形ロールＲの周方向の位置を固定し、素管２を成形ロールＲに対して回転させるようにしてもよい。さらに、成形ロールＲを３個用いているが、１個又は３個以外の複数個用いてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、素管の短軸方向における外周面と先細り部との交差部に形成される突起の高さを低くすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る成形方法によって成形された消音器のケーシングの一例を示す平面図である。
【図２】同ケーシングの正面図である。
【図３】図１のＸ矢視図である。
【図４】この発明の一実施の形態の第１成形工程を示す平面図である。
【図５】同正面図である。
【図６】図４のＸ矢視図である。
【図７】同実施の形態の第２成形工程を示す平面図である。
【図８】同正面図である。
【図９】図７のＸ矢視図である。
【図１０】この発明の他の実施の形態の第１成形工程を示す平面図である。
【図１１】同正面図である。
【図１２】図１０のＸ矢視図である。
【図１３】同実施の形態の第２成形工程を示す平面図である。
【図１４】同正面図である。
【図１５】図１３のＸ矢視図である。
【図１６】従来の成形方法で成形された消音器のケーシングの一例を示す平面図である。
【図１７】同ケーシングの正面図である。
【図１８】図１６のＸ矢視図である。
【符号の説明】
Ｒ成形ロール（成形具）
１ケーシング
２素管
３先細り部

Claims

直交する２方向の長さが異なる断面形状を有する素管の端部外周に成形具を押し付けつつ素管の回転軸線を中心として相対回転させるとともに、成形具を素管の中央側から端縁側へ向かうにしたがって素管の回転軸線に接近するように移動させることにより、素管の端部に中央側から端縁側へ向かうにしたがって小径となる断面円形の先細り部を成形する方法において、
上記先細り部の母線が中凹の凹曲線になるよう、上記先細り部の上記素管の軸線に対する傾斜角度を素管の中央側から端縁側へ向かうにしたがって漸次小さくしたことを特徴とする管端の成形方法。
上記成形具による成形工程を複数回にわたって繰り返し、各成形工程毎に上記先細り部を上記素管の中央側から順次仕上げることを特徴とする請求項１に記載の管端の成形方法。
上記成形具による成形工程を複数回にわたって繰り返すことにより、上記素管の端部を成形工程毎に小径にし、最終成形工程において上記先細り部全体を成形することを特徴とする請求項１に記載の管端の成形方法。