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JP2006266321A - 配管製造方法及び二重管型配管の内側配管 - Google Patents

配管製造方法及び二重管型配管の内側配管 Download PDF

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JP2006266321A JP2005082240A JP2005082240A JP2006266321A JP 2006266321 A JP2006266321 A JP 2006266321A JP 2005082240 A JP2005082240 A JP 2005082240A JP 2005082240 A JP2005082240 A JP 2005082240A JP 2006266321 A JP2006266321 A JP 2006266321A
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崇泰 磯野
Masatsune Kondo
正恒 近藤
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Abstract

【課題】肉厚の薄い配管に適用する接合力の強い新規な塑性接合による配管製造方法を提案する。
【解決手段】長手方向に分割される複数の分割管２Ａ・２Ｂの端部２ａ・２ｂに接合用ヒレ片３ａ・３ｂを備えており、前記分割管２Ａ・２Ｂの前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂ同士をかしめることにより、前記分割管２Ａ・２Ｂ同士を一体に形成してなる配管製造方法であって、一方の前記接合用ヒレ片３ａを他方の前記接合用ヒレ片３ｂに巻いてかしめ、巻き形状の中心線を中心とした円周方向のシワ３５を形成する、配管製造方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、周方向に分割された複数の分割管の周縁部を付け合わせて構成される配管の製造方法に関するものであり、より詳しくは、一対の接合用ヒレ片をかしめることにより配管を構成する方法に関するものである。
従来、一対の半割部材の周縁部を付け合わせて構成される配管の組立構造に関しては、様々な技術が提案されており、エキゾーストマニホールドやマフラーのケーシング等の、エンジンの排気系配管類の組立構造について開示する文献も存在する（例えば、特許文献１、２参照。）。
下記の文献では、一対の半割部材の周縁部に、それぞれ、接合用ヒレ片を設け、重ねた両接合用ヒレ片同士をかしめることで、前記一対の半割部材を一体化させる塑性接合の技術についての開示がされている。
特開平９−１２５９４８号公報 特開２０００−８８１５０号公報
上述した接合用ヒレ片同士をかしめることによる塑性接合は、従来の溶接接合の熟練技術の必要性や作業環境の点に鑑みて、溶接接合の代替として採用されることがあるが、溶接接合と比較して、その接合力が弱いといった問題がある。
一方、溶接接合においては、例えば肉厚が０．８ｍｍ以下等の薄い配管の場合には、表面張力で保持できる溶接プールが小さいため、重ね合わせた半割部材の周縁部同士に生じる隙間をブリッジさせることができず、肉厚の厚い配管と比較して溶接接合し難いといった問題がある。
このような薄い肉厚の配管は、例えば、二重構造とするエンジンの排気系配管の内管に用いられており、この分野では、近年のＬＥＶ（Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の排気性能向上の観点から、さらなる薄肉化の要望がある。
この薄肉化によれば、排気管の熱容量が減少するため、排気から排気管へ奪われる熱量が減少し、より高温の排気を触媒へと供給することができるようになり、特に、初期エミッションの向上を図ることができるようになる。
本発明は、以上の点に鑑み、肉厚の薄い配管に適用する接合力の強い新規な塑性接合による配管製造方法を提案するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１に記載のごとく、長手方向に分割される複数の分割管の端部に接合用ヒレ片を備えており、前記分割管の前記接合用ヒレ片同士をかしめることにより、前記分割管同士を一体に形成してなる配管製造方法であって、一方の前記接合用ヒレ片を他方の前記接合用ヒレ片に巻いてかしめ、巻き形状の中心線を中心とした円周方向のシワを形成する、配管製造方法とするものである。
また、請求項２に記載のごとく、前記両接合用ヒレ片を重ねた状態で、前記両接合用ヒレ片をホルダーで挟持するとともに、前記両接合用ヒレ片の突端側から、前記両接合用ヒレ片の端面に対向する溝を形成したパンチを押し込み、前記両接合用ヒレ片を前記溝の断面形状に沿わせるように巻くことで、前記接合用ヒレ片同士をかしめることとする。
また、請求項３に記載のごとく、前記パンチの溝は、断面視略半円形状とする。
また、請求項４に記載のごとく、前記両接合用ヒレ片の突端部は、前記パンチによって巻かれる方向に予め屈曲されており、前記パンチが両接合用ヒレ片の板面に対して水平方向に押し込まれると、前記屈曲された方向へと前記両接合用ヒレ片が巻かれるようになっていることとする。
また、請求項５に記載のごとく、前記接合用ヒレ片において、前記接合用ヒレ片同士をかしめた後において、外側に配されることになる接合用ヒレ片の分割管からの突出幅は、前記接合用ヒレ片同士をかしめた後において、内側に配されることになる接合用ヒレ片の分割管からの突出幅よりも、長く構成されており、内側の接合用ヒレ片の略全部位が、外側の接合用ヒレ片によって巻き込まれるようになっていることとする。
また、請求項６に記載のごとく、前記両接合用ヒレ片の、突出先端側の端面に沿った、該端面の長手方向の周長は、異なる値に設定されることとする。
また、請求項７に記載のごとく、前記接合用ヒレ片同士をかしめた後において、外側に配されることになる接合用ヒレ片の端面の平面視における輪郭を円弧とすることとする。
また、請求項８に記載のごとく、前記パンチの溝は、平面断面視において、溝の長手方向の中央を窪ませる凹型の円弧状の溝に構成されることとする。
また、請求項９に記載のごとく、前記分割管の板厚は、０．８ｍｍ以下の薄板とする。
また、請求項１０に記載のごとく、内燃機関の排気系統を構成する二重管型配管の内側配管であって、長手方向に分割される複数の分割管の端部に接合用ヒレ片を備えており、前記分割管の前記接合用ヒレ片同士をかしめることにより、前記分割管同士が一体に形成されるとともに、一方の前記接合用ヒレ片を他方の前記接合用ヒレ片に巻いてかしめることにより、巻き形状の中心線を中心とした円周方向のシワが形成されることとする。
以上の請求項１乃至３に記載の発明では、シワによって、両接合用ヒレ片が噛み合い、高い接合力が得られる。また、このシワは、接合用ヒレ片の巻き形状の中心線を中心とした円周方向に形成されるため、特に、巻き形状の中心線に沿った方向の荷重に対抗する、高い接合力を得ることができる。
また、請求項４に記載の発明では、所望の方向に巻き形状を形成することがきる。
また、請求項５に記載の発明では、両接合用ヒレ片の接触面積を広く確保することができ、高い接合力を得ることができる。
また、請求項６乃至８に記載の発明では、シワを確実に形成することができる。
また、請求項９に記載の発明では、溶接接合を適用し難い薄板の配管の接合に適用できる。
また、請求項１０に記載の発明では、内側配管は、薄板で構成することができ、熱容量の小さい内側配管を構成することができ、初期エミッションの向上を図ることができるようになる。
本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる組立構造を採用した配管１について示している。
この配管１は、長手方向に分割される複数の分割管２Ａ・２Ｂの端部２ａ・２ｂに接合用ヒレ片３ａ・３ｂを備えており、前記分割管２Ａ・２Ｂの前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂ同士をかしめることにより、前記分割管２Ａ・２Ｂ同士が一体に形成されるとともに、一方の前記接合用ヒレ片３ａを他方の前記接合用ヒレ片３ｂに巻いてかしめることにより、巻き形状の中心線を中心とした円周方向のシワ３５が形成されることとしている。
また、この構成において、前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂ同士がかしめられることにより、かしめ接合部３・３が形成され、前記かしめ接合部３・３によって各分割管２Ａ・２Ｂ同士が塑性接合（かしめ接合）される構成となっている。
また、この配管１は、長手方向に分割される複数の分割管２Ａ・２Ｂの端部２ａ・２ｂに接合用ヒレ片３ａ・３ｂを備えており、前記分割管２Ａ・２Ｂの前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂ同士をかしめることにより、前記分割管２Ａ・２Ｂ同士を一体に形成してなる配管製造方法であって、一方の前記接合用ヒレ片３ａを他方の前記接合用ヒレ片３ｂに巻いてかしめ、巻き形状の中心線を中心とした円周方向のシワ３５を形成する、配管製造方法によって製造されるものとしている。
また、この配管１は、例えば、図２に示すごとく、内燃機関の排気系統を構成する二重管型排気マニホールド１０の内側配管として採用される。この構成の場合、分割管２Ａ・２Ｂは、かしめ接合部３Ａ〜３Ｆによる塑性接合の箇所を除いては、特に溶接等による接合は行われず、両分割管２Ａ・２Ｂの周縁部２ａ・２ｂの隙間から漏れる排気については、外管４を密閉構造とすることにより、外部に漏れることがないようにしている。
また、図２に示すごとく、前記かしめ接合部３Ａ〜３Ｆは、分割管２Ａ・２Ｂが分離することがないように、複数箇所に適宜配置される。
そして、かしめ接合部３Ａ・３Ｃのように配管１の湾曲部に配置されるものと、かしめ接合部３Ｂ・３Ｄ・３Ｅ・３Ｆのように配管１の略直線部分に配置されるものがあり、いずれにおいても、本発明にかかる組立構造が適用される。
以下、かしめ接合部３・３の構成について詳述する。
図３乃至図５に示すごとく、分割管２Ａ・２Ｂには、それぞれ接合用ヒレ片３ａ・３ｂが円筒半径方向外側へむかって突出する方向へ設けられている。
そして、前記両接合用ヒレ片３ａ・３ｂを重ねた状態で、前記両接合用ヒレ片３ａ・３ｂをホルダー２５・２６で挟持するとともに、前記両接合用ヒレ片３ａ・３ｂの突端側から、前記両接合用ヒレ片３ａ・３ｂの端面３１ａ・３１ｂに対向する溝２１を形成したパンチ２０を押し込み、前記両接合用ヒレ片３ａ・３ｂを前記溝２１の断面形状に沿わせるように巻きくことで、前記かしめ接合部３・３を構成することとしている。
また、前記パンチ２０の溝２１は、断面視略半円形状とし、パンチ２０の押し込みに従って、外側の接合用ヒレ片３ｂによって、内側の接合用ヒレ片３ａが巻かれるようになっている。
そして、この巻き形状の生成にともない、接合用ヒレ片３ａ・３ｂには、巻き形状の中心線ＣＬを中心とした円周方向のシワ３５・３５が形成される。
このシワ３５・３５によって、両接合用ヒレ片３ａ・３ｂが噛み合い、高い接合力が得られる。また、このシワ３５・３５は、接合用ヒレ片３ａ・３ｂの巻き形状の中心線ＣＬを中心とした円周方向（円弧と直交する方向）に形成されるため、特に、巻き形状の中心線ＣＬに沿った方向の荷重に対抗する、高い接合力を得ることができる。
また、図４に示すごとく、前記両接合用ヒレ片３ａ・３ｂの突端部は、前記パンチ２０によって巻かれる方向に予め若干屈曲されており、前記パンチ２０が両接合用ヒレ片３ａ・３ｂの板面に対して水平方向に押し込まれると、前記屈曲された方向へと両接合用ヒレ片３ａ・３ｂが巻かれるようになっている。このようにして、所望の方向に巻き形状を形成することがきる。
また、図３に示すごとく、前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂにつき、前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂ同士をかしめた後において、外側に配されることになる接合用ヒレ片３ｂの分割管２Ａからの突出幅Ｄ１は、内側に配されることになる接合用ヒレ片３ａの分割管２Ｂからの突出幅Ｄ２よりも、長く構成されており、図５に示すごとく、内側の接合用ヒレ片３ｂの略全部位が、外側の接合用ヒレ片３ｂによって巻き込まれるようになっている。このようにして、両接合用ヒレ片３ａ・３ｂの接触面積を広く確保することができ、高い接合力を得ることができる。
また、図３及び図６に示すごとく、前記両接合用ヒレ片３ａ・３ｂの、突出先端側の端面３１ａ・３１ｂに沿った、該端面３１ａ・３１ｂの長手方向の周長は、異なる値に設定される。
本実施例では、両接合用ヒレ片３ａ・３ｂの横幅寸法Ｗは略同一としつつ、その端面３１ａ・３１ｂの平面視における輪郭を、それぞれ、横幅方向の中央を窪ませる凹型の円弧とし、前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂ同士をかしめた後において、外側に配されることになる接合用ヒレ片３ｂの円弧のアールＲ１（半径）を、内側に配されることになる接合用ヒレ片３ａの円弧のアールＲ２（半径）よりも小さく設定することとし、端面３１ｂの周長が、端面３１ａの周長よりも長くなるように構成されている。
このように、端面３１ａ・３１ｂの周長を異なる値に設定することにより、図７に示すごとく、パンチ２０が押し込まれるに従って、両接合用ヒレ片３ａ・３ｂには、接合用ヒレ片３ａ・３ｂの円弧と直交する方向（巻き形状の中心線ＣＬを中心とした円周方向）のシワ３５・３５を確実に形成することができる。
このシワ３５・３５は、両接合用ヒレ片３ａ・３ｂが塑性変形することによって生じるものであり、前記端面３１ａ・３１ｂの周長を同一に設定した場合であっても発生するものであるが、あえて前記端面３１ａ・３１ｂの周長を異なる値に設定することにより、より確実にシワ３５・３５を発生させることができるようになる。
そして、前記シワ３５・３５によって、両接合用ヒレ片３ａ・３ｂが噛み合い、高い接合力が得られる。また、このシワ３５・３５は、接合用ヒレ片３ａ・３ｂの巻き形状の中心線ＣＬを中心とした円周方向（円弧と直交する方向）に形成されるため、特に、巻き形状の中心線ＣＬに沿った方向の荷重に対抗する、高い接合力を得ることができる。
尚、前記端面３１ａ・３１ｂの周長は、互いに異なる値に設定されればよく、本実施例の場合と逆、即ち、端面３１ａの周長を、端面３１ｂの周長よりも長くする構成としてもよい。
また、図６に示すごとく、前記接合用ヒレ片３ａ・３ｂ同士をかしめた後において、外側に配されることになる接合用ヒレ片３ｂの端面３１ｂの平面視における輪郭を円弧とすることにより、その角部３２ｂ・３２ｂが、前記パンチ２０の溝２１に最初に当接されることになり、これによって、前記接合用ヒレ片３ｂには、矢印３４・３４の方向、つまり、前記円弧の角部３２ｂ・３２ｂから円弧の中点に向う方向であって、前記円弧の周長を収縮する方向の荷重が発生する。
そして、図７に示すごとく、この荷重が、接合用ヒレ片３ｂが矢印３７・３７方向へと撓むように作用し、シワ３５・３５の発生が促進される。
このように、積極的にシワ３５・３５を発生させることにより、より高い接合力を得ることができる。
また、図４及び図６に示すごとく、前記パンチ２０の溝２１は、平面断面視において、溝の長手方向（横幅方向）の中央を窪ませる凹型の円弧状の溝に構成されている。
これにより、図８に示すごとく、パンチ２０の溝２１を直線に構成した場合と比較して、溝２１と接合用ヒレ片３ｂの端面３１ｂの中央部の間のクリアランスＣを広く確保することができる。そして、クリアランスＣが広く確保されることによれば、パンチ２０を押し込む過程において、溝２１が前記角部３２ｂ・３２ｂにのみ作用する区間が長く保たれ、前記矢印３４・３４の荷重が発生する区間を長く確保することができる。
これにより、より確実に、前記矢印３４・３４の荷重を発生させることができ、シワ３５・３５の発生を促進させることができる。
また、図９に示すごとく、外側に配されることになる接合用ヒレ片３ｂの端面３１ｂの平面視における輪郭を円弧とすることによれば、内側に配されることになる接合用ヒレ片３ａの端面３１ａの平面視における輪郭を直線状としても、上記と同様の効果を得ることができる。
また、以上の説明では、図３に示すごとく、配管１の湾曲部に形成されるかしめ接合部３について説明したが、図１０に示すごとく、配管１の直線部に形成されるかしめ接合部３においても、上記の構成を適用することにより、同様の効果を得ることができる。
また、以上の分割管２Ａ・２Ｂについては、図１１（ａ）に示すごとく、二枚の板材から個別にプレス成形されたもののほか、図１１（ｂ）に示すごとく、一枚の板材から半割管部２２Ａ・２２Ｂをプレス成形し、屈折部２３にて折り曲げて、両半割管部２２Ａ・２２Ｂの接合用ヒレ片３ａ・３ｂを重ね合わせることとする構成であってもよく、本発明にかかる組立構造は、図１１（ａ）（ｂ）のいずれの形態の分割管にも適用可能である。また、二分割のもののほか、三分割、四分割など、分割数についても特に限定されるものでなく、より複雑な配管形状を構成すべく、分割数を多くしたものの塑性接合にも適用可能である。
また、以上の実施例においては、分割管２Ａ・２Ｂは、断面を略半円状のものとして説明したが、その断面を略「コ」字状として、断面を四角形とする配管を構成する場合においても、本発明は適用可能であり、分割管２Ａ・２Ｂの形状については、特に限定されるものではない。
また、以上の構成は、特に、前記分割管２Ａ・２Ｂの板厚が０．８ｍｍ以下の薄板によりカシメ接合する場合に好適であり、実験では、０．４ｍｍの板厚のステンレス板材を用い、上記の塑性接合を実施することにより、シワ３５・３５が形成されることが確認された。尚、前記ステンレス板材の物性は、ヤング率を２０６ＧＰａ、降伏点を０．２５４ＭＰａ、引張強さを０．６３７ＭＰａとするものであった。
また、以上のような肉厚の薄い板材により配管１を構成し、図２に示すごとく、薄肉配管１を二重管型配管の内側配管として適用することによれば、熱容量の小さい内側配管が構成され、初期エミッションの向上を図ることができる。
本発明にかかる配管製造方法により製造される配管構成について示す図。 内燃機関の排気系統を構成する二重管型排気マニホールドの内側配管としての適用例について示す図。 湾曲部に構成するかしめ接合部の接合用ヒレ片について示す平面図。 パンチと接合用ヒレ片について示す斜視図。 パンチの押し込みによる巻き形状の形成について示す図。 円弧形状とするパンチの溝について示す図。 かしめ接合部に形成されるシワについて示す図。 直線形状とするパンチの溝について示す図。 内側の接合用ヒレ片の端面を直線形状とする構成にいて示す図。 直線部に構成するかしめ接合部の接合用ヒレ片について示す平面図。 （ａ）は、二枚の板材から個別にプレス成形された分割管により配管を構成する場合について示す図。（ｂ）は、一枚の板材からプレス成形された部材を折り曲げて配管を構成する場合について示す図。
符号の説明
１ 配管
２Ａ・２Ｂ 分割管
２ａ・２ｂ 周縁部
３ かしめ接合部
３ａ・３ｂ 接合用ヒレ片
３５ シワ

Claims (10)

  1. 長手方向に分割される複数の分割管の端部に接合用ヒレ片を備えており、前記分割管の前記接合用ヒレ片同士をかしめることにより、前記分割管同士を一体に形成してなる配管製造方法であって、
    一方の前記接合用ヒレ片を他方の前記接合用ヒレ片に巻いてかしめ、
    巻き形状の中心線を中心とした円周方向のシワを形成する、配管製造方法。
  2. 前記両接合用ヒレ片を重ねた状態で、前記両接合用ヒレ片をホルダーで挟持するとともに、
    前記両接合用ヒレ片の突端側から、前記両接合用ヒレ片の端面に対向する溝を形成したパンチを押し込み、
    前記両接合用ヒレ片を前記溝の断面形状に沿わせるように巻くことで、
    前記接合用ヒレ片同士をかしめることとする、
    ことを特徴とする請求項１に記載の配管製造方法。
  3. 前記パンチの溝は、断面視略半円形状とする、
    ことを特徴とする請求項２に記載の配管製造方法。
  4. 前記両接合用ヒレ片の突端部は、前記パンチによって巻かれる方向に予め屈曲されており、
    前記パンチが両接合用ヒレ片の板面に対して水平方向に押し込まれると、
    前記屈曲された方向へと前記両接合用ヒレ片が巻かれるようになっている、
    ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の配管製造方法。
  5. 前記接合用ヒレ片において、
    前記接合用ヒレ片同士をかしめた後において、外側に配されることになる接合用ヒレ片の分割管からの突出幅は、
    前記接合用ヒレ片同士をかしめた後において、内側に配されることになる接合用ヒレ片の分割管からの突出幅よりも、長く構成されており、内側の接合用ヒレ片の略全部位が、外側の接合用ヒレ片によって巻き込まれるようになっている、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の配管製造方法。
  6. 前記両接合用ヒレ片の、突出先端側の端面に沿った、該端面の長手方向の周長は、異なる値に設定される、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の配管製造方法。
  7. 前記接合用ヒレ片同士をかしめた後において、外側に配されることになる接合用ヒレ片の端面の平面視における輪郭を円弧とする、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の配管製造方法。
  8. 前記パンチの溝は、平面断面視において、溝の長手方向の中央を窪ませる凹型の円弧状の溝に構成される、
    ことを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか一項に記載の配管製造方法。
  9. 前記分割管の板厚は、０．８ｍｍ以下の薄板とする、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の配管製造方法。
  10. 内燃機関の排気系統を構成する二重管型配管の内側配管であって、
    長手方向に分割される複数の分割管の端部に接合用ヒレ片を備えており、前記分割管の前記接合用ヒレ片同士をかしめることにより、前記分割管同士が一体に形成されるとともに、
    一方の前記接合用ヒレ片を他方の前記接合用ヒレ片に巻いてかしめることにより、
    巻き形状の中心線を中心とした円周方向のシワが形成される、
    二重管型配管の内側配管。
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