JP2002295676A

JP2002295676A - ベローズ管及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002295676A
Application number: JP2001105347A
Authority: JP
Inventors: Toru Daikuhara; 徹大工原; Nobutaka Fukui; 信孝福井
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、パイプ素材の内部にシール部材
を軸方向に押し付けて、パイプ素材の内部の液圧室を簡
単な構造で且つ十分な密封性を伴ってシールし、パイプ
素材を内部の高い圧力で変形したベローズ管及びその製
造方法を提供する。【解決手段】パイプ素材１０のベローズ形成部１３の
各サイド１４に内面に***する凸周条１５を形成し、パ
イプ素材１０の両側から挿入される寄せ型２０，２１に
設けた各Ｏリング２６を凸周条１５に押し当てて、寄せ
型２０，２１の位置決めをすると共にパイプ素材１０の
変形のために高圧力が供給される液圧室２９のシールを
行う。パイプ素材１０と寄せ型２０，２１とは緩く嵌合
しているので、寄せ型２０，２１の挿入時にシールに傷
が付きにくく、直管部１２，１２からベローズ成形部１
３までを一体構造としたベローズ管の成形が容易にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、エンジ
ンから排出される排気ガスをその処理装置に導くために
エンジンと処理装置との間に配設されて、伝達される熱
や振動に起因して生じる過大な応力を緩和するためのベ
ローズ管及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジン、特に、ディーゼルエン
ジンにおいては、エンジンから排出される排気ガス中
に、不完全燃焼に伴って生じる煤等のディーゼル微粒子
が含まれている。このディーゼル微粒子をフィルタで取
り除いて処理するために、排気系統にディーゼルパティ
キュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと略す）が設けられ
ることがある。一般に、ＤＰＦはディーゼルエンジンに
近接して配置されるが、ディーゼルエンジンとは別に製
作されるので、排気ガスをＤＰＦに導入するために、エ
ンジンはその排気口に接続された排気管によってＤＰＦ
に接続される。

【０００３】しかしながら、ＤＰＦ等の処理装置に接続
される排気管は、エンジンの運転開始・停止に伴って高
温の排気ガスが通過するために熱膨張・熱収縮を繰り返
し、また、エンジンと処理装置を車両に搭載する場合に
は、車両の走行に伴って生じる振動によって圧縮・引っ
張りの繰返し応力が加わる。こうした繰返し応力は、配
管の溶接等の継ぎ目に金属疲労を起こす原因になるの
で、従来、排気管の途中にばね特性を示すベローズを介
在させて、ベローズが繰返し応力を吸収して緩和するこ
とにより、エンジンと処理装置とに対する排気管の接続
部が疲労することを回避して、排気系統の耐久性の確保
を図っている。図８に示すように、ベローズ管３０は、
エンジン側とＤＰＦ側とにそれぞれ設けられた直管部３
２，３２と、直管部３２，３２の各端部をエンジンの排
気口とＤＰＦの導入口とに接続するためのフランジ３
６，３６と，直管部３２，３２をそれぞれ接続するベロ
ーズ形成部３３とから構成されている。直管部３２，３
２とベローズ形成部３３とは別体として製作され、直管
部３２，３２の端部３４，３４とベローズ形成部３３の
端部３５，３５とは、それぞれ重ね合わされて溶接にて
固定されている。また、フランジ３６，３６も直管部３
２，３２とは別体として製作され、接合部３７において
溶接にて固定されている。

【０００４】エンジンとＤＰＦ等の処理装置とを接続す
る排気管においては、上記のようにベローズ管３０を介
在させているので、熱や振動に伴って生じる繰返し応力
は緩和されるが、ベローズ形成部３３と直管部３２，３
２とを溶接で接続すると、依然として溶接接合面の機械
加工、それに伴う材料ロス、溶接不良等の懸念がある。
排気ガスを、漏れを起こすことなく確実に処理装置に導
入するため、製造された排気管の全数に対して漏れが有
るか否かのリークチェックを行っているが、このような
溶接構造を採用しているために行なわざるを得ない全数
検査は、排気管の製造コストを上昇させる要因の一つと
なっている。

【０００５】管の途中にベローズ形成部を液圧成形によ
って成形する方法が、例えば、特開平１０−２７７６６
０号公報に開示されている。この成形方法によれば、第
１成形段階として、金属素管の上端と下端とが金型によ
って密封されると共にクランプして保持され、金属素管
のベローズ成形予定領域がライナによって移動しないよ
うに拘束された割型で囲まれる。ポンプによって金属素
管の内部へ供給される液状の圧力媒体の吐出量が、セン
サで検出した金属素管の張出し量に応じて制御される。
予め定めた張出し量が検出されたとき、一旦、液状の圧
力媒体の金属素管内部への供給が停止される。第２成形
段階として、金属素管の内部の圧力を維持しながら、ラ
イナを取り外すことで移動可能となった割型を上金型と
共に軸方向に押し込むことによって、張出した金属素管
が割型の内側の成形形状に従って更に変形してベローズ
に成形される。

【０００６】また、溶接を不要とした一体成形のフラン
ジ付きベローズ管の絞り成形方法が提案されている（特
開平９−２３９４７２号公報）。このフランジ付きベロ
ーズの絞り成形方法によれば、両端に、フランジ加工若
しくはねじ加工等のための接続部の加工を施した中空円
筒素材に対して、スピンドルマシンを用いて、中央円筒
部に圧延加工用ローラを押圧しつつ横方向に移行させて
圧延することにより、所定の肉厚及び所定の長さのベロ
ーズ形成部を形成している。

【０００７】しかしながら、配管用のパイプ素材は、通
常、研削や研磨が行われることなく熱間圧延機によって
形成されたままの状態で使用されるため、内面及び外面
は共に圧延肌を呈しており、真円度、円筒度及び面粗度
（平滑度）が低いものに止まっている。このため、上記
の液圧によるベローズ管の成形方法では、液圧で膨張さ
せるときのシールが重要になり、上下の金型を金属素管
に確実に密封するためにリング状弾性体等から成る密封
構造と、成形時の金属素管の引き込みを防止するため伸
縮式リング状金型等のクランプ構造とから成る複雑な機
構を用いている。しかも、この密封構造は密封性を高め
るため多重シールを必要としており、製造コストが上昇
したり、円筒部分が長いためにシール素管を挿入すると
きに、予め設けられているシールが損傷するおそれもあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】パイプ素材の内部に高
い圧力をかけることでパイプ素材に塑性変形を起こさせ
てベローズを成形するベローズ管とその製造において
は、直管部の内面は、パイプ素材の真円度、円筒度、面
粗度等の加工精度が高くなく且つストレートな形状を有
しているので、ストレートな内面に対してシール部材を
径方向に押し付けるために密封構造やクランプ構造が複
雑になる。そこで、直管部の内部において、単純にシー
ル部材を軸方向に押し付けることで、パイプ素材の内部
に形成される液圧室を簡単な構造で且つ十分な密封性を
伴ってシールすると共にパイプ素材を保持し、パイプ素
材の変形を容易に行う点で解決すべき課題がある。

【０００９】この発明の目的は、上記課題を解決するこ
とであり、パイプ素材の真円度、円筒度、面粗度等の加
工精度が高くなくても、ベローズの成形範囲を定めると
共に、内部に高い圧力をかけたときに液漏れを生じない
ように設けるシールを簡便なものとし、シールが傷つき
にくくし、更にパイプ素材とそのパイプ素材に嵌合され
る型とがルーズに嵌合している状態であっても、一つの
シールで、十分な密封性を確保することができるベロー
ズ管とその製造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、長手方向両
側に設けられた直管部、及び前記両直管部の間において
前記両直管部と一体に成形されたベローズ形成部を備
え、前記ベローズ形成部の両サイドには内周面に***し
た凸周条が形成されていることから成るベローズ管に関
する。また、このベローズ管は、一方の前記直管部をデ
ィーゼルエンジンの排気管に接続し、他方の前記直管部
を前記ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の
粒子を取り除くディーゼルパティキュレートフィルタの
導入部に接続することにより、前記ディーゼルエンジン
と前記ディーゼルパティキュレートフィルタとの間に適
用されている。

【００１１】このベローズ管によれば、直管部とベロー
ズ形成部とは、溶接によることなく一体に成形されてい
る。従って、直管部とベローズ形成部との溶接接合部に
生じていた応力集中のような不都合な事態は、このベロ
ーズ管には生じることがない。ベローズ形成部の両サイ
ドに内周面に***して形成した凸周条に対して、型に設
けたシールリングを圧接させることが可能になり、パイ
プ素材の一体性を保ったまま、内側からの液圧による変
形でベローズを製造することが可能になる。また、この
ベローズ管を車両のディーゼルエンジンとディーゼルパ
ティキュレートフィルタとの間に適用したときには、ベ
ローズ管は、エンジンの運転開始に伴って内部を通過す
る高温の排気ガスから受熱し、エンジンの運転停止に伴
って排気ガスの流れが止まることで冷却されることによ
って熱応力を受けたり、あるいは車両の走行に伴って生
じる振動によって機械的な応力を受けるが、ベローズ形
成部が撓むことによって、これらの応力は吸収緩和され
る。

【００１２】また、この発明は、パイプ素材の長手方向
に沿った所定幅領域の両サイドにおいて前記パイプ素材
の内部に***する凸周条を形成し、前記パイプ素材の両
端からそれぞれ先端部にシールリングを備えた寄せ型を
挿入して前記シールリングを前記凸周条に押圧すること
により前記パイプ素材と前記寄せ型との間をシールし、
前記両寄せ型に挟まれる前記パイプ素材の内部に供給さ
れる液体の圧力によって前記パイプ素材の前記所定幅領
域をその外側に配置されたベローズ成形型に倣って変形
させてベローズ形成部を成形することから成るベローズ
管の製造方法に関する。また、このベローズ管の製造方
法において、前記凸周条は、前記パイプ素材の対応する
外周部に塑性加工によって凹周溝を形成することによっ
て形成される。

【００１３】このベロース管の製造方法によれば、パイ
プ素材のベローズ形成部の両サイドに内面に***する凸
周条を形成し、パイプ素材の両側から挿入される寄せ型
に単一のＯリングをシール部材として備えているので、
凸周条は内部を通ることになる流体の流れを阻害しない
程度の***部であり、***部に対してシール手段を軸方
向に押し付けることによって、簡単に且つ完全なシール
が得られると共に寄せ型に保持される。ベローズを形成
すべき必要な箇所だけに液圧がかかるため、型締め力の
小さいプレス機で直管部からベローズ形成部までを一体
構造としたベローズ管の成形が可能になる。また、パイ
プ素材と寄せ型とはルーズに嵌合しているので、寄せ型
を挿入したときにもシールに傷が付きにくい。パイプ素
材の凸周条に対応する外周部に、例えば、ロールを押圧
するロール成形にて凹周溝を成形すれば、パイプ素材の
内面には対応して凸周条を簡単に形成することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、こ
の発明によるベローズ管の実施例を説明する。図１はこ
の発明によるベローズ管の一実施例を上半部を断面で示
す側面図、図２は図１に示すベローズ管の側面図、図３
は図１に示すベローズ管のＡで示す部分の拡大断面図で
ある。

【００１５】図１において、ベローズ管１は、長手方向
両側に直管部２，２を有し、両直管部２，２は両直管部
２，２と一体に成形されたベローズ形成部３によって接
続されている。ベローズ形成部３の両サイド４，４に
は、管の内周面に***した凸周条５，５が形成されてい
る。直管部２，２の最端部は、二重構造を有する一体型
のフランジ６，６に形成されている。ベローズ管１は、
フランジ６，６から直管部２，２、両サイド４，４を経
てベローズ形成部３に至るまで、一つのパイプ素材から
形成された一体型配管構造である。従って、溶接固定部
分がないので、金属疲労等の溶接部特有に生じる傾向が
ある不具合を予め回避することができる。

【００１６】フランジ６，６は、パイプ素材の端部を拡
大し、更にその一部を内側に折り返して構成した一体型
の二重構造である。そうした一体型の二重構造のため、
フランジ剛性が向上している。即ち、図３に示すよう
に、フランジ６は、直管部２の端部を外側に拡大変形し
て折り返し部８で内側に折り返し、更に折り返した先端
部９を段差を付けた直管部２の内部に押し込むことで形
成されている。図２に示すように、各フランジ６には複
数の取付け孔７（一部のみ符号を付す）が等間隔に形成
されている。フランジ６，６は、取付け孔７に取付けボ
ルト（図示せず）を挿通し締め付けることによって、そ
れぞれ、例えばディーゼルエンジンの排気管とＤＰＦの
排気ガス導入口とに取り付けられる。フランジ６に関し
ては、図２及び図３に示す二重構造に代えて、従来から
採用されているような、直管部２の端部を外側に拡大変
形しただけの単層構造のフランジとし、別体に製作した
フランジリング（図示せず）でフランジのシール面を締
め込む構造にしてもよい。

【００１７】次に、図４〜図６に基づいて、この発明に
よるベローズ管の製造方法について説明する。図４〜図
６は、この発明によるベローズ管の製造方法の一例につ
いてその製造経過を示す図であり、図４はパイプ素材の
内周面に凸周条を形成した状態を示す図、図５はパイプ
素材の内部に寄せ型を挿入し、外周部にベローズ成形型
を配置した状態を示す図、図６はパイプ素材の内部に液
圧を適用してベローズを成形した状態を示す図である。
先ず、図４に示すように、断面が円形のストレートなパ
イプ素材１０が用意され、直管部１２，１２の間でベロ
ーズを成形すべき長手方向に沿った所定幅領域１３の両
サイド１４，１４において、パイプ素材１０の内周部１
１には、例えばパイプ軸方向に沿った断面で見て半円状
に***する凸周条１５，１５が形成される。凸周条１
５，１５は、例えば、パイプ素材１０の対応する外周部
にロール成形を施すことで形成することができる。即
ち、パイプ素材１０の外周部に成形ロールを押圧しつつ
転がしパイプ素材１０を塑性変形させて凹周溝１６，１
６を形成すると、凹周溝１６，１６に対応して内周部１
１に生じる膨出変形によって凸周条１５，１５が形成さ
れる。凸周条１５，１５の大きさは、後述するように、
シールリングと共働してシール性能が得られればよい程
度の大きさであり、形成すべきベローズの波形の大きさ
に比べて十分小さいものでよく、内部を通過することに
なる排気ガス等の流体の通過に与える影響は小さい。両
サイド１４，１４の凸周条１５，１５は、後述するよう
に、ベローズ成形時に液圧をシールする役目を果たす。

【００１８】次に、図５に示すように、パイプ素材１０
の両端から、それぞれ寄せ型２０，２１を挿入する。図
示の例では、図左側の寄せ型２０は中実の円筒体である
が、図右側の寄せ型２１は、後述するように、液体の連
通孔２２ａが形成された円筒体である。パイプ素材１０
と寄せ型２０との間のシール部の拡大図である図７に示
すように、寄せ型２０，２１の先端部２２，２２の外周
面２３，２３から型先端側に至るに従って窄んだテーパ
面２４，２４が形成されている。各テーパ面２４が外周
面２３に接続する部分には周溝２５が形成されており、
各周溝２５には、シールリングとしてのＯリング２６が
嵌め込まれて取り付けられている。寄せ型２０，２１を
図示のように互いに引き寄せる（例えば、寄せ型２１を
製造装置の機枠に固定し、寄せ型２０を寄せ型２１に向
かって引き寄せる）ことにより、各Ｏリング２６はパイ
プ素材１０に形成された凸周条１５に押圧され、その結
果、パイプ素材１０に対する寄せ型２０，２１の挿入位
置が定められると共にパイプ素材１０が寄せ型２０，２
１で保持され、更に、パイプ素材１０と寄せ型２０，２
１との隙間２７がシールされる。

【００１９】これに前後して、パイプ素材１０の所定幅
領域１３の外側には、ベローズ成形型２８が配置され
る。ベローズ成形型２８は、分離可能な複数のリング状
の割型２８ａ〜２８ｅから成り、当初はストレートな所
定幅領域１３に渡って図５に示すように互いに分離して
分散配置されている。割型２８ａ〜２８ｅは、軸方向に
集合したときに、内周の形状がパイプ素材１０に形成す
べきベローズ形成部３の形状に合わせた型となる。

【００２０】次に、図６に示すように、寄せ型２０，２
１で挟まれたパイプ素材１０の内部に形成される液圧室
２９には、図右側の寄せ型２１の連通孔２２ａを通して
水又はオイル等の液体が供給される。パイプ素材１０と
寄せ型２０，２１との間で液体漏れがないシールが得ら
れた後の加工工程については、上記した特開平１０−２
７７６６０号公報に開示されたものと同様の方法を採用
することができる。パイプ素材１０と寄せ型２０，２１
との間の隙間２７は、Ｏリング２６，２６によって密封
されているので、液体が隙間２７を通じて外部に漏れる
ことはない。ベローズの成形は、パイプ素材１０の液圧
室２９に１０００〜３０００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の液圧
を付与し、パイプ素材１０を塑性変形させ膨らませる手
法で行われる。図６に示すように、パイプ素材１０の所
定幅領域１３は、液圧室２９に液圧を維持しながらパイ
プ素材１０に軸方向の力を加えることにより、次第に集
合する割型２８ａ〜２８ｅから成るベローズ成形型２８
に倣うように塑性変形され、図１に示したベローズ形成
部３に成形される。このとき、最も外側の割型２８ａ，
２８ｅは、凹周溝１６，１６に嵌まり込む形状を備えて
いるので、Ｏリング２６が押し付けらることによる凸周
条１５，１５の変形が抑えられる。

【００２１】成形途上のパイプ素材１０の直管部１２，
１２、両サイド１４，１４、凸周条１５，１５は、それ
ぞれ、図１に示す成形完了後のベローズ管１における直
管部２，２、両サイド４，４、凸周条５，５にそのまま
対応している。液体圧力による軸方向の力は、配管の投
影面積に液体圧力を乗じた値となるが、この荷重は寄せ
型２０，２１を介して図示しない装置フレームに支えら
れる。パイプ素材１０の内周面１１に凸周条１５を予め
形成しておくことで、寄せ型２０，２１のパイプ素材１
０内での挿入位置が定まる。また、ベローズ成形は、凸
周条５，５によって限界付けられたパイプ素材１０の必
要な箇所だけに液圧がかかることになるため、型締め力
の小さいプレス機でベローズ成形が可能になる。

【００２２】上記の実施例において、また、このベロー
ズ管は、ディーゼルエンジンとＤＰＦとの間を接続する
配管として適用されるものとして説明したが、ＤＰＦ以
外の処理装置、例えば、触媒型浄化装置等であり、ま
た、これら装置を本ベローズ管の内部に納めたものにも
適用可能である。あるいはエンジン以外のものであって
も、熱や振動のような使用環境の厳しい状況のものは勿
論のこと、配管系であれば、どのような用途にも適用す
ることができる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によるベローズ管によれば、直
管部とベローズ形成部とが一体型の配管であり、耐久性
と信頼性とを高めることができる。また、直管部はベロ
ーズ形成部との結合のために溶接を使用することがない
ので、リーク不良がない低コストな配管を得ることがで
き、車両のディーゼルエンジンとＤＰＦとの間に適用し
たときには、安価なＤＰＦ用排気管を得ることができ
る。また、この発明によるベローズ管の製造方法によれ
ば、パイプ素材のベローズ形成部の両サイドに、内周部
に***する凸周条を形成し、パイプ素材の両側から挿入
される寄せ型に単一のＯリングをシールリングとして備
えているので、凸周条に対してシールリングを軸方向に
押し付けることによって、ベローズ成形のために成形範
囲を定めると共に、簡単に且つ完全なシールが得られ、
直管部からベローズ形成部までを一体構造としたベロー
ズ管を成形することができる。また、ベローズを形成す
るときの液圧付与範囲が狭く必要な箇所だけに液圧を作
用させればよいため、従来のような寄せ型の両端で液圧
の密封を確保するため多重化・大径化等の大がかりなシ
ールを必要とせず、大径・長尺管でも、型締め力の小さ
い小型のプレス機等の安価な設備を使用することができ
る。ベローズ管を成形するための加圧液量が少ないた
め、ポンプ容量が小さくてすみ、製造設備のコトスを低
く抑えることができる。また、一つのベローズ管を製造
するサイクルタイムも短く、単位時間当たりの生産量を
増やし、生産効率を向上することができる。更に、パイ
プ素材と寄せ型とはルーズに嵌合しているので、パイプ
素材の真円度、円筒度、面粗度等の加工精度が高くなく
ても、寄せ型を挿入したときにシールに傷が付きにく
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるベローズ管の一実施例を上半部
を断面で示す側面図。

【図２】図１に示すベローズ管の正面図。

【図３】図１に示すベローズ管のＡで示す部分の拡大断
面図。

【図４】この発明によるベローズ管の製造方法におい
て、パイプ素材の内周面に凸周条を形成した状態を示す
図。

【図５】図４に示す状態からパイプ素材の内部に寄せ型
を挿入し、外周部にベローズ成形型を配置した状態を示
す図。

【図６】図５に示す状態からパイプ素材の内部に液圧を
適用してベローズを成形した状態を示す図。

【図７】図５又は図６においてパイプ素材と寄せ型との
間のシール部の拡大図。

【図８】従来のベローズ管の側面図である。

【符号の説明】

１ベローズ管２直管部３ベローズ形成部４，４ベローズ形成部のサイド５凸周条６フランジ１０パイプ素材１１内周部１３所定幅領域１４サイド１５凸周条１６凹周溝２０，２１寄せ型２２先端部２３パイプ素材の外周部２６シールリング（Ｏリング）２８ベローズ成形型２８ａ〜２８ｅ割型２９液圧室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G004 BA04 EA03 FA04 3H104 JA08 JB02 JC08 JD03 LB01 LB38 LF16 LG02 MA01 3J045 AA14 BA04 CB03 DA02 EA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向両側に設けられた直管部、及び
前記両直管部の間において前記両直管部と一体に成形さ
れたベローズ形成部を備え、前記ベローズ形成部の両サ
イドには内周面に***した凸周条が形成されていること
から成るベローズ管。
【請求項２】排気管に適用されていることから成る請
求項１に記載のベローズ管。
【請求項３】パイプ素材の長手方向に沿った所定幅領
域の両サイドにおいて前記パイプ素材の内部に***する
凸周条を形成し、前記パイプ素材の両端からそれぞれ先
端部にシールリングを備えた寄せ型を挿入して前記シー
ルリングを前記凸周条に押圧することにより前記パイプ
素材と前記寄せ型との間をシールし、前記両寄せ型に挟
まれる前記パイプ素材の内部に供給される液体の圧力に
よって前記パイプ素材の前記所定幅領域をその外側に配
置されたベローズ成形型に倣って変形させてベローズ形
成部を成形することから成るベローズ管の製造方法。
【請求項４】前記凸周条は、前記パイプ素材の対応す
る外周部に塑性加工によって凹周溝を形成することによ
って形成されることから成る請求項３に記載のベローズ
管の製造方法。