JP2006300041A - 消音器の外筒とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消音器の複層巻回外筒と仕切板の固定を確実化する。
【解決手段】板材１の仕切部５を芯材２で挟持して３６０度以上回転させ、外筒１０の複層巻回部と仕切部５を一体形成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関等の消音器に用いられる外筒とその製造方法に係る。

従来、内燃機関の排気管の途中に介装される消音器には、一枚の金属板材を密着状に巻回した複層外筒が一般的に用いられる。そして、この外筒内に各種パイプと仕切板（セパレータ）を配し、外筒両端面を端板（アウタプレート）で閉塞して、消音器が構成されている。

内燃機関を搭載する車両においては、上記消音器を複数介設した排気管を床下に水平懸架するのが通例であるが、近時は搭乗及び積載スペースの拡大要求から床面のフラット化と低位置化が求められ、それに応じた消音器の扁平化が必要となっている。しかしながら、消音には一定容量が必要であるため、消音量を維持するならば消音器は扁平化に伴い長手方向（扁平断面と直角方向）へ延長せざるを得ない。結果、扁平な消音器の上面と下面には、長手方向に長大な略平面（曲率が非常に小さい曲面）が形成される。一般に消音器の外筒は、膜振動に起因する放射音を抑制するため外筒全周を曲面で構成し剛性を向上させているが、扁平化に伴う略平面は低剛性化を招き、放射音の悪化が懸念される。

扁平外筒の高剛性化手段として、長手方向に延在する仕切板を外筒内面に固定する構造が特許文献１に開示されている。この構造によれば放射面たる上面と下面は長手方向に亘って仕切板で相互締結され、高剛性化が期待できる。しかしながら、形成した外筒内へ仕切板を隙間無く挿入し正確な位置に溶接固定することは、製造上著しく困難である。また、溶接による歪も不可避であるとともに、高温下での耐久強度も好ましくない。さらに、外筒が複層である消音器への適用が不明である。一方、外筒ではないが、円断面の排気管内に仕切板を一体形成する製造方法が、特許文献２に開示されている。これによれば、分割構造の芯材で板材を挟み、芯材を回転させつつ板材末端を押すことで、円断面の排気管と仕切板を一体形成できる。

実開平３−０４７４２４号公報 特開平９−３２３１１９号公報

しかしながら、比較的厚板（ｔ１．０以上）の排気管はともかく、薄板（ｔ０．６程度）を複層巻回する消音器外筒においては、端部を押すと座屈してしまう。また、複層に巻回された外筒への適用、及び、非円断面への適用については不明である。従って、本発明の目的は、薄板の複層かつ扁平断面の外筒であっても仕切板の固定が確実に維持される構造、及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は請求項１記載のように、巻回状に密着する複層を有し、最内層とその内部に長手方向に延在する仕切板とが一体に形成された消音器の外筒とした。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の消音器の外筒の製造方法であって、外筒の所望断面と近似の断面を構成する複数の芯材で板材の一部を幅方向に亘って挟持し、複数の芯材を少なくとも３６０度以上回転して板材を複層に巻回して、最内層とその内部に長手方向に延在する仕切板とを一体に形成することを特徴とする消音器の外筒の製造方法である。

請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の製造方法において、複数の芯材が相互に異なる断面であるとともに、板材の挟持部分を通る軸を中心に回転させるとよい。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項２又は請求項３記載の製造方法において、回転中に、前記巻回方向と逆の力を板材に付与するとよい。

そして、請求項５に記載の発明のように、請求項２乃至請求項４に記載の何れかの製造方法において、板材は、厚さが異なる複数の板材を接合してもよい。

請求項１記載の発明によれば、消音器の複層の外筒において最内層と一体に仕切板が構成されるので、仕切板は長手方向に亘って強固に保持される。また、溶接に起因する歪や耐久強度上の問題も、発生しない。

請求項２記載の発明によれば、仕切板から複層巻回部までが一体形成されるので、製造における仕切板の挿入〜位置決め〜組付精度の問題、及び、溶接に伴う不具合は一切発生しない。また、一連の芯材回転だけで形成できるので、極めて作業効率が良い。回転角度を増やせば、巻回層の更なる多層化にも対応可能である。

請求項３記載の発明によれば、扁平断面の中心と仕切板がオフセットしていても、形成可能である。

請求項４記載の発明によれば、回転時、すなわち仕切板形成時及び巻回時に巻回方向とは逆向きの力（テンション）を板材へ付与し続けるので、板材が芯材及び内層に密着して形状精度の高い外筒を形成できる。

請求項５記載の発明によれば、外筒の各部位の必要強度に則して、部位毎に板厚を変えることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図１０に示す実施例に基づいて説明する。図１に示す第１の実施例の消音器の外筒１０の製造は、図（ａ）から図（ｃ）の工程にて構成される。先ず、準備工程（図示しない）にて素材をクランク状に折り曲げて、図２に示す板材１を形成する。板材１は、板幅に亘る中央の仕切部５（仕切板に相当）と、その両端から直角に延出する一般面３とから成り、矩形と円形の連通孔１２も穿設されている。一般面３は、後工程において巻回される部分である。

（ａ）工程は、巻回加工に備えてのセット工程である。同一断面である２つの芯材２は、中央の回転中心４周りに回転自在かつ相互に近接離反自在なように、図示しない装置によって支持されている。芯材２は対向する押圧面９同士の間に仕切部５を挟持した状態において、所望の外筒断面と略同等の断面形状とされている。芯材２を相互に離反させ押圧面９間に若干の隙間を形成しておいて、板材１の仕切部５をその隙間内へ配置する。その後、芯材２を相互に近接し、両押圧面９にて仕切部５を強固に挟持する。そして、折り曲げ部横を押圧ローラ６にて略求心方向へ押圧し、板材１を芯材２に密着させる。なお、両押圧ローラ６は押圧装置７によって常に荷重一定で押圧されており、後述の巻回工程にあっては、板材１からの反力に応じ押圧装置７がストロークすることによって、両押圧ローラ６が自由にその位置を変えて追従する。そして、求心方向への折り曲げ荷重付与とともに、板材１に対して常に反巻回方向への力（テンション）も付与することになり、板材１の芯材２への密着を確実化する。（ａ）図のセット状態から、仕切部５の挟持を維持したまま板材１及び芯材２を回転中心４を通る軸周りにα方向へ回転させ、次工程に至る。なお、回転中心４は両芯材２を合せた状態の中心であって、仕切部５の中心を貫通することが好ましい。

（ｂ）工程は、（ａ）工程からα方向へ１８０度回転した途中状態であって、両芯材２の巻回面８に板材１の一般面３が密着巻回し、最内層が形成されたところである。ここにおいて仕切部５と最内層とが一体形成され、その断面は略θ形状であることがわかる。そして、仕切部５の両端には、比較的大きな折り曲げＲ１４（後述）が形成されている。このまま更にα方向への回転を続け、次工程に至る。

（ａ）工程から３６０度回転した（ｃ）工程において、回転を停止する。これにて２層の巻回外筒が形成され、終端１３付近のみ３層となった。これにて外筒を完成としてもよいが、形状固定のために、終端１３付近にレーザビーム１１を放射しレーザ溶接で仮止めしておくとよい。あるいは、同位置を長手方向に連続溶接（本溶接）して、外筒を完成させても良い。また、適宜巻回層同士をスポット溶接等で固定してもよい。停止時及び溶接時には、溶接のために終端１３付近を押圧ローラ６が押さえていることが、巻回層の密着維持のために望ましい。外筒形成が終了したら、芯材２の挟持を緩めて芯材２の片側から外筒１０を抜き取る。抜き取る時のみ芯材２が片持ちになって、常時は芯材２の（長手方向）両側を回転自在に保持する装置であることが好ましい。さらには、芯材２自身が若干縮径可能であると、外筒１０を抜き取り易い。

図３は、第１の実施例によって形成された外筒１０の全体斜視図である。仕切部５は大き目のＲ１４を介して外筒の最内層に連続し、更に内層は外層へと連続し、外層の終端１３は自身に溶接固定されている。消音器としての実使用において、高温ガスに曝される仕切部５は径方向に熱膨張し最内層との間に応力が発生するが、それを大き目のＲ１４が吸収・緩和するので、仕切部５及び最内層の変形・破損を防止できる。しかして、最内層に対して仕切部５を、熱膨張応力を緩和しつつ強固に保持できる。更に、仕切部５は溶接による固定ではないので、溶接に起因する不具合も発生しない。

図４は、第１実施例の外筒１０を消音器１５に組込んだ例である。外筒１０内に、連通孔（図示しない）が穿設されたセパレータ（隔壁）２１を２枚圧入し、更に、各セパレータ２１にインレットパイプ１７とアウトレットパイプ１８を圧入する。そして、インレットパイプ１７とアウトレットパイプ１８を貫通させて、端板１６を外筒１０の両端に嵌合固定する。インレットパイプ１７とアウトレットパイプ１８には、夫々小孔群１９と２０が穿設されている。

以上のような構成において、インレットパイプ１７へ流入した排気ガスは、一部が小孔群１９から漏洩しつつ管端開口から放出される。漏洩及び放出された排気ガスは、仕切部５の各連通孔１２を通って、アウトレットパイプ１８の管端開口及び小孔群２０へ流入し、やがて消音器１５外へ排出される。この流下過程において、拡張作用・共鳴作用により消音がなされる。その際、排気ガス脈動により外筒の上下面は加振されるが、仕切部５によって長手方向に亘り強固に相互締結しているので、膜振動は抑えられ放射音の発生が防止される。
なお、本実施例は外筒１０を消音器へ適用する際の一例に過ぎず、消音器構造や端板の組合せは任意である。

図５乃至図７に示すのは、外筒の製造方法の第２の実施例である。先ず、準備工程（図示しない）にて、図６に示す板材３１を形成する。板材３１は、厚板（ｔ１．０）である仕切部３５を先端部に配し、その後に薄板（ｔ０．６）の一般面を溶接接続した、所謂テーラードブランク材である。略クランク状に折り曲げられた仕切部３５には、複数の連通孔３８が穿設されるとともに、幅方向の両端には矩形の切欠３２も形成されている。

図５のセット工程において、仕切部３５の幅方向に亘って芯材３２及び３３で強固に挟持する。芯材３２及び３３は非同一断面であり、合せた時の断面中心に対し仕切部３５はオフセットした形になる。そして、仕切部３５の中心３６を通る中心軸周りにα方向へ回転し、板材３１の一般部を両芯材へと巻回する。その際、第１の実施例と同様に巻回部付近を押圧ローラ６にて押圧するが、巻回は片側だけで行われるので、押圧ローラ６も片側（図上方）だけでよい。更に、板材３１の終端４０をクランプ装置３７にて把持し、反巻回方向βへ一定のテンションを付与しながら追従させると、更に巻回部の密着度が向上する。

図７は、第２の実施例の製造方法によって形成された外筒３９の全体斜視図である。厚板の仕切部３５が薄板外筒の最内層に一体形成され、更に内層は外層へと一体に連続し、外層の終端４０は外層自身に溶接固定されている。また、仕切部３５の先端（図の下端）を最内層へ溶接固定してもよいが、強度上は一体部で充分なので、この部分の固定は必要最小限で構わない。このように、外筒断面形状によって芯材を同断面に分割できない場合、あるいは、仕切部の肉厚を大きくとって強度を持たせたい場合には、本実施例が好適である。

図８に示す第３の実施例は、第１の実施例において、板材（仕切部）を折り曲げる準備工程を省略する場合の製造方法である。板材１の仕切部５形成予定部位を、芯材２で挟持する。押圧ローラ６は最適位置に配すればよいが、押圧装置７が芯材２と干渉しないように配慮する。このようなセット状態から、第１の実施例と同じように巻回する。このとき、第２の実施例と同様、一般面３の終端をクランプ装置３７にて把持し、反巻回方向へ一定のテンションを付与しながら追従させると好適である。本実施例の製造方法によれば準備工程を省略できるメリットはあるが、板材の折り曲げには巻回よりも力が必要となるので、芯材２の挟持力及び回転力を強くする必要がある。

図９に示す第４の実施例は、第１の実施例あるいは第３の実施例において、仕切部５３が非平面である場合の製造方法である。準備工程で予め仕切部５３を曲面に形成するか、あるいは、板材５０を芯材５１及び５２で挟持して仕切部５３を曲面に形成する。そして、仕切部５３を強固に挟持したセット状態から、第１の実施例と同じように巻回する。このように、芯材の挟持面の形状を仕切部の所望面に適合させることによって、任意の仕切部形状であっても対応可能である。

図１０に示す第５の実施例は、図４に示した第１の実施例の消音器の外筒の、別の製造方法である。第１の実施例において外筒１０形成後に挿入するセパレータを、外筒形成前に板材に予め固定しておくものである。第１の実施例と同様、準備工程にて板材を折り曲げて仕切部６１を有する板材６０を形成する。その後、仕切部６１の両面にセパレータ６２をスポット溶接等で固定する。各セパレータ６２には、連通孔６６が２つ穿設されている。なお、必要に応じてセパレータ６２側面と板材６０一般面とを溶接固定してもよい。

そして、板材６０を図１と同要領で巻回するのであるが、セパレータ６２の外周面は各芯材の外周面と一致するか、若干大径にしておくとよい。また、セパレータ６２が介在するため、芯材は長手方向に分断されるので、長手方向にも近接離反が自在に芯材が保持されていることが好ましい。このように巻回時にセパレータ６２が存在することによって、セパレータ６２外周面と板材６１が確実に密着する。また、仕切部６１とセパレータ６２が固定されることで、長手方向及び幅方向に亘り上下面を強固に相互締結することになるため、膜振動は一層抑えられ放射音の発生が確実に防止される。なお、セパレータ２２の枚数や配置間隔や連通孔形状は任意である。

本実施例に限らず全ての実施例において、巻回層は３重以上でもよいし、芯材の断面形状及び分割位置は任意である。また、巻回する板材は単層でなく複層でも構わないし、その複層板材間に断熱材等を予め挟持しておいてもよい。また、準備工程にて、板材一般面にも開孔やリブや凹凸等を形成しておいてもよい。また、板材一般面にテーラードブランク材を適用し、巻回後の内層と外層で板厚が異なるように設定してもよい。また、仕切部やセパレータの連通孔に連通パイプを嵌合固定しておいてもよいし、連通孔や連通パイプの開閉状態を任意制御するバルブ（弁体）を設けてもよい。さらに、終端の固定は長手方向への連続的あるいは間歇的なレーザ溶接に限らず、シーム溶接やスポット溶接等、適宜援用すればよい。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に包含される。また、排気浄化装置や熱交換機を外筒内に収納してもよい。そして、適用対象は自動車等の内燃機関用に限定するものではなく、汎用エンジンや据置式燃焼装置等、あらゆる排気ガス発生装置の消音器の外筒に適用可能である。

第１の実施例の製造方法を示す側面図。 第１の実施例の製造方法に用いる板材を示す斜視図。 第１の実施例の製造方法で製造された外筒を示す斜視図。 第１の実施例の製造方法で製造された外筒を用いた消音器の平面図。 第２の実施例の製造方法を示す側面図。 第２の実施例の製造方法に用いる板材を示す斜視図。 第２の実施例の製造方法で製造された外筒を示す斜視図。 第３の実施例の製造方法を示す側面図。 第４の実施例の製造方法を示す側面図。 第５の実施例の製造方法に用いる板材を示す斜視図。

符号の説明

１，３１，５０，６０ 板材
２，３２，３３，５１，５２ 芯材
３，５４ 一般面
４，３６，５５ 回転中心
５，３５，５３，６１ 仕切部
６ 押圧ローラ
７ 押圧装置
８ 巻回面
９ 押圧面
１０，３９ 外筒
１１ レーザビーム
１２，３８，６３，６４，６５，６６ 連通孔
１３，４０ 終端
１４ Ｒ
１５ 消音器
１６ 端板
１７ インレットパイプ
１８ アウトレットパイプ
１９，２０ 小孔群
２１，６２ セパレータ
３７ クランプ装置
α 巻回方向
β 反巻回方向

Claims (5)

1. 巻回状に密着する複層を有し、
   該複層の最内層とその内部に長手方向に延在する仕切部とが一体に形成されたことを特徴とする消音器の外筒。
2. 所望の外筒と近似断面を構成する複数の芯材で板材の一部を幅方向に亘って挟持し、
   前記複数の芯材を少なくとも３６０度以上回転し前記板材を巻回して複層を形成し、
   該複層の最内層とその内部に長手方向に延在する仕切部とを一体形成することを特徴とする消音器の外筒の製造方法。
3. 前記複数の芯材が相互に異なる断面であるとともに、
   前記板材の挟持部分を通る軸を中心に回転することを特徴とする請求項２記載の消音器の外筒の製造方法。
4. 前記回転中に、前記巻回方向と逆方向の力を板材に付与することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の消音器の外筒の製造方法。
5. 前記板材は、厚さが異なる複数の板材を接合して成ることを特徴とする、請求項２乃至請求項４記載の消音器の外筒の製造方法。

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