JP2004076590A

JP2004076590A - ハニカム構造体内蔵流体処理装置及び該装置の製造方法

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Publication number: JP2004076590A
Application number: JP2002233802A
Authority: JP
Inventors: Toru Irie; 入江　徹
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】ハニカム構造体内蔵流体処理装置において、筒状部材を、適切な縮径胴部を備えると共に、該胴部に連続して筒状部材の開口端に至るまで、適切な剛性を有するネッキング部を備えたものとする。
【解決手段】金属製の筒状部材Ｃ１内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持する。筒状部材Ｃ１は、少なくとも緩衝部材を収容する部分の軸方向所定範囲（ＳＡ）を縮径して成る胴部１１と、この胴部の少なくとも一端側の所定範囲１１ｘ（１１ｙ）を含み開口端に至るまでの端部をネッキング加工して成るネッキング部１２（１３）を備える。これにより、ネッキング部の所定範囲１１ｘ（１１ｙ）に対応する部分は重合加工部１２ａ（１３ａ）となる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製筒状部材内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持する流体処理装置、及びその製造方法に関し、例えば、筒状部材内に緩衝マットを介してハニカム構造体の触媒担体を保持する触媒コンバータ、及びその製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
流体に対してフィルタ機能を有するハニカム構造体が、金属製筒状部材内に緩衝部材を介して内蔵された流体処理装置が知られており、種々の流体の浄化に供されている。例えば、自動車の排気系においては触媒コンバータやディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が搭載されており、触媒担体あるいはフィルタ等（総称して担体といい、以下、触媒担体いうときはこれらを代表する）としてセラミック製の脆弱なハニカム構造体が用いられている。
【０００３】
このような脆弱なハニカム構造体を内蔵した流体処理装置の製造方法として、緩衝マットを巻回した触媒担体を金属製筒状部材内に緩やかに収容し、触媒担体及び緩衝マットが存在する範囲に亘って、筒状部材を適宜縮径し、緩衝マットに、所望の圧縮状態下における復元力、即ち面圧を発生させて、強固な保持力を確保する、所謂サイジング工法が主流となりつつある。
【０００４】
このサイジング工法においては、金属製筒状部材の中央部（胴部）を縮径して触媒担体を保持し、両端部に対してはネッキング加工を行い、パイプ等の前後部品との接続部を一体的に形成することが合理的であり、例えば、米国特許第５３２９６９８号明細書（日本特許第２６７９８５７号）に開示されている。この米国特許明細書においては、タンデム配置した２個の触媒担体を収容する部分を縮径しながら、その両端側は素材管のままとし意図的に段部（４３）を残すこととしている。そして、この段部に隣接する両端部分に対しプレスによるネッキング加工を行い、テーパ部と接続用筒状部とを一体的に形成することとしている。尚、これらの縮径加工及びネッキング加工は冷間塑性加工に依るものである。
【０００５】
これに対し、特開２００１−１０７７２５号公報には、金属製筒状部材の中央部をスピニング加工によって縮径すると共に、そのまま連続して両端部に対しスピニング加工を行い、ネッキング部を形成することが開示されている。従って、この方法によれば、中央部（段部）との間に段部を残さないようにネッキング部を形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前掲の米国特許第５３２９６９８号明細書においては、段部の存在によって流体の流れが変化し緩衝部材等に影響を及ぼすおそれがあるほか、段部以外の部分は塑性加工によって加工硬化するのに対し、段部は非塑性加工部分であり、段部のみがその両側の塑性加工部分に対し相対的に強度が低いので、段部に応力が集中すると問題が生ずるおそれがある。従って、サイジングによる胴部の形成後にネッキング部を一体的に形成するものにおいては、上記の段部を含め非塑性加工部分を形成しないようにすることが望ましい。
【０００７】
これに対し、前掲の特開２００１−１０７７２５号公報に記載の方法によれば、段部を残すことなくサイジングによる胴部の形成後にネッキング部を一体的に形成することができる。また、中央部の縮径についてはスピニング加工に限らずあらゆる塑性加工を適用し得るので、前掲の米国特許第５３２９６９８号明細書に記載の方法によって中央部をサイジングすると共に、段部を含む両端部に対してスピニング加工を行い、ネッキング部を形成することも考えられる。
【０００８】
然し乍ら、このような方法によってネッキング部を形成する際には、サイジング後の胴部端を起点として、即ちサイジング部と段部との境界を起点として、そこから両端に向かって夫々ネッキング加工を行うことになる。このため、胴部の縮径加工によって形成される環状の折り曲げ部（１回目）が、その稜線に沿って板厚が減少している状態にあるところ、更にネッキング加工によって反対方向に折り曲げられて２回目の折り曲げ部が形成されることになる。つまり、板厚が減少している折り曲げ部（１回目）に対し、反対方向に折り曲げ部（２回目）が形成されることになるので、この部分の板厚が更に減少し、他の部分に比べて剛性が低い環状の低剛性部分が形成されてしまうおそれがある。従って、この部分に応力が集中しても対抗し得るようにするためには、加工前の筒状部材（素管）の板厚を必要以上に大きく設定しなければならず、軽量化、低コスト化、加工性等の要請に対する阻害要因となる。
【０００９】
そこで、本発明は、金属製筒状部材内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵流体処理装置において、筒状部材が、適切な縮径胴部を備えると共に、該胴部に連続して筒状部材の開口端に至るまで、適切な剛性を有するネッキング部を備えた構成とすることを課題とする。
【００１０】
また、本発明は、緩衝部材を装着したハニカム構造体を金属製筒状部材に収容し、適切に縮径して胴部を形成すると共に、該胴部に連続して、相対的に剛性が低い部分を形成することなく、適切にネッキング加工を行い得る製造方法を提供することを別の課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のハニカム構造体内蔵流体処理装置は、請求項１に記載のように、金属製筒状部材内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵流体処理装置において、前記筒状部材が、少なくとも前記緩衝部材を収容する部分の軸方向所定範囲を縮径して成る胴部と、該胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまでの端部をネッキング加工して成るネッキング部を備えることとしたものである。
【００１２】
前記ネッキング部は、請求項２に記載のように、前記胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまでスピニング加工して成り、前記胴部の中心軸に対して少なくとも偏心、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有するように構成することができる。
【００１３】
また、本発明の製造方法は、請求項３に記載のように、金属製筒状部材内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵流体処理装置の製造方法において、前記ハニカム構造体の外周に前記緩衝部材を装着した状態で前記筒状部材内に緩やかに収容し、前記筒状部材の少なくとも前記緩衝部材を収容する部分の軸方向所定範囲を縮径して胴部を形成し、該胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまでの端部をネッキング加工してネッキング部を形成することとしたものである。
【００１４】
更に、請求項４に記載のように、前記胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまで、前記胴部の中心軸に対して少なくとも偏心、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸に沿ってスピニング加工を行い、前記ネッキング部を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
上記のように金属筒状部材内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持する流体処理装置の具体的一態様として、自動車用触媒コンバータについて図面を参照して説明する。尚、本発明の流体処理装置としては、触媒コンバータのほか、例えばＤＰフィルタ装置や、浄化フィルタがあり、更に、特開２００２−５０３８３号及び６８７０９号公報等に記載の燃料電池用改質器も包含される。筒状部材は外筒、ハウジングあるいはケーシングとも呼ばれ、触媒コンバータの場合には、ハニカム構造体は触媒担体に対応し、緩衝部材は触媒担体保持用の緩衝マットに対応する。また、ＤＰフィルタ装置の場合には、ハニカム構造体はフィルタに対応し、緩衝部材はＤＰフィルタ用の緩衝マットに対応する。ハニカム構造体を構成する触媒担体あるいはＤＰフィルタは一般的には円柱状又は円筒状に形成され、円形断面を有するが、これに限らず、楕円形断面、長円断面、複数の曲率を有する面を組み合わせた断面、及び多角形断面等の非円形断面としてもよい。また、触媒担体あるいはＤＰフィルタの流路（セル）断面は、ハニカム（六角形）に限らず、正方形等、任意である。尚、本実施形態の触媒担体（ハニカム構造体）の材質はセラミックであるが、これに限らず、薄肉金属製の所謂メタル担体としてもよい。
【００１６】
図１は本発明の流体処理装置の一実施形態に係る触媒コンバータの外観を示すもので、その断面を図９に示すように、金属製の筒状部材Ｃ１内に緩衝部材３を介してハニカム構造体の触媒担体２を保持するように構成されている。本実施形態の筒状部材Ｃ１は、図１に示すように、緩衝部材（図９に３で示す）を収容する部分の軸方向所定範囲（図１にＳＡで示す範囲）を縮径して成る胴部１１と、この胴部１１の両端の所定範囲１１ｘ及び１１ｙを含み筒状部材Ｃ１の開口端に至るまでの端部をネッキング加工して成るネッキング部１２及び１３を備えている。尚、図１において、所定範囲ＳＡは後述するサイジング範囲を示し、図１及び図２において、１１ｅは、後述する縮径加工後の痕跡を示し、１２ｊ及び１３ｊはスピニング加工後の条痕を示す。
【００１７】
本実施形態においては、一方のネッキング部１２は、胴部１１の中心軸と同軸の中心軸を有するテーパ部１２ｂ及び首部１２ｃから成る。このネッキング部１２は、胴部１１の所定範囲１１ｘを含み筒状部材Ｃ１の開口端に至るまで、後述するようにスピニング加工によって形成されるので、所定範囲１１ｘに対応する部分に対する加工がオーバラップして行われ、重合加工部１２ａとなる。これに対し、他方のネッキング部１３は、胴部１１の中心軸に対して傾斜した中心軸を有するテーパ部１３ｂ及び首部１３ｃから成る。このネッキング部１３も、胴部１１の所定範囲１１ｙを含み筒状部材Ｃ１の開口端に至るまでスピニング加工によって形成されるので、所定範囲１１ｙに対応する部分に対する加工がオーバラップして行われ、重合加工部１３ａとなる。
【００１８】
図２は本発明の流体処理装置の他の実施形態に係る触媒コンバータの外観を示すもので、本実施形態の筒状部材Ｃ２は、緩衝部材（図９に３で示す）を収容する部分の軸方向所定範囲を縮径して成る胴部１１と、この胴部１１の両端の所定範囲１１ｘ及び１１ｙを含み筒状部材Ｃ２の開口端に至るまでの端部をネッキング加工して成るネッキング部１４及び１３を備えている。本実施形態においては、一方のネッキング部１４は、胴部１１の中心軸に対し偏芯した中心軸を有するテーパ部１４ｂ及び首部１４ｃから成る。このネッキング部１４は、胴部１１の所定範囲１１ｘを含み筒状部材Ｃ２の開口端に至るまで、後述するようにスピニング加工によって形成されるので、所定範囲１１ｘに対応する部分に対する加工がオーバラップして行われ、重合加工部１４ａとなる。尚、他方のネッキング部１３は図１のネッキング部１３と同様であるので、図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００１９】
次に、上記図１に記載の触媒コンバータの製造方法について図３乃至図１０を参照して説明する。先ず、図３に示すように、セラミック製のハニカム構造体に触媒を担持した触媒担体２の外周に、緩衝部材３を一層巻回し、必要に応じ可燃性テープ等によって固定し、一体品１を形成する。本実施形態の触媒担体２は各セル（流路）間の壁が薄く形成されており、従来品に比べて脆弱である。緩衝部材３もセラミック繊維製で、非膨張性のアルミナマットで構成されているが、熱膨張型のバーミキュライト等を用いた緩衝マットや、それらを組み合わせた緩衝マットとしてもよい。また、バインダーが含浸されていない無機質繊維マットでもよい。尚、バインダーの有無及び含有量によって面圧が変わるので、面圧設定においてはこれを加味する必要がある。あるいは、金属細線を編成したワイヤメッシュ等を用いてもよいし、それをセラミックマットと組み合わせて使用してもよい。更に、それらと金属円環状のリテーナや、ワイヤメッシュ製のシールリング等と組み合わせてもよい。図示は省略するが、緩衝部材３の両端には凸部と凹部を形成しておき、これらが相互に嵌合する一般的な巻回方法を用いるとよい。また、予め円筒状に形成された緩衝部材も存在するので、その場合には円筒状の緩衝部材内に触媒担体２を収容するだけで、緩衝部材３が触媒担体２周りに装着された状態となる。
【００２０】
次に、図３に示すように、上記の一体品１を一対のクランプ装置ＣＨ間に把持し、測定装置ＤＴの押圧体ＰＭによって、緩衝部材３を介して触媒担体２をその軸芯に対して直交する方向に押圧すると共に、触媒担体２に付与される面圧を検知し、該面圧が所定の値となるときの、触媒担体２の軸芯Ｚと押圧体ＰＭとの間の距離Ｒ１を測定する。そして、測定後、押圧体ＰＭを原位置に復帰させた後、クランプ装置ＣＨによる把持を解除する。以下、本実施形態で用いるクランプ装置ＣＨ及び測定装置ＤＴについて説明する。
【００２１】
クランプ装置ＣＨは、例えばコレットチャックで構成され、これによって触媒担体２の上下端部が挟持されてその軸芯Ｚが所定の測定位置にセットされる。本実施形態の測定装置ＤＴは、モータＭＴ駆動のボールスクリュー式アクチュエータΑＣと、その先端にロードセルＬＣを介して支持された反力検知手段たる押圧体ＰＭと、後端に配置された位置検知手段たるロータリエンコーダＲＥを備えている。ロードセルＬＣ及びロータリエンコーダＲＥの検知信号は電子制御装置（以下、コントローラという）ＣＴに入力され、後述の各種データに変換されてメモリ（図示せず）に記憶されると共に、モータＭＴはコントローラＣＴによって駆動制御されるように構成されている。
【００２２】
押圧体ＰＭは触媒担体２の軸芯Ｚに対して直交する方向（図３の左右方向）に進退し、緩衝部材３に当接後これを圧縮し得るように配置される。押圧体ＰＭの当接面積は既知であるので、この押圧体ＰＭによって測定対象たる触媒担体２及び緩衝部材３が押圧されたときの反力が、触媒担体２に対する面圧としてロードセルＬＣによって検知され、コントローラＣＴに入力される。コントローラＣＴにおいては、ロードセルＬＣの検知信号が面圧値に換算されてメモリに記憶され、別途予め入力された所定の面圧値と比較される。また、ロータリエンコーダＲＥによって押圧体ＰＭの進退量及び停止位置がボールスクリュー（図示せず）の回転情報として検知され、コントローラＣＴに入力される。コントローラＣＴにおいては、ロータリエンコーダＲＥの検知信号がリアルタイムで押圧体ＰＭの進退量及び停止位置の値に変換されてメモリに記憶される。尚、これらの検知手段とコントローラＣＴとの間は電気的に接続してもよいし光学的に接続してもよい。
【００２３】
上記のように構成された測定装置ＤＴを以下のように駆動することによって、触媒担体２の軸芯Ｚと押圧体ＰＭとの間の距離と、そのときに触媒担体２に付与される面圧との関係を測定することができる。即ち、押圧体ＰＭを初期位置（図３のＰ０点）から前進（図３の左方向に移動）させて緩衝部材３の一部を押圧し、押圧部における緩衝部材３の圧縮反力が所定の値に到達したときの位置（図３のＰ１点）を検出する。この位置（図３のＰ１点）は、製品となった後の緩衝部材３の面圧値が所定の値となるときの、筒状部材の（縮径加工後の）内壁面の位置に相当する。従って、触媒担体２に付与される押圧力とそれによって生ずる反力（面圧）との関係を、予めコントローラＣＴのメモリに記憶しておき、この関係に基づきロードセルＬＣの検知信号（反力）を面圧値に変換し、これと所定の面圧値とを比較しながら押圧体ＰＭを上記の位置（図３のＰ１点）まで前進させ、押圧体ＰＭの移動距離を求める。
【００２４】
而して、押圧体ＰＭの先端の初期位置（図３のＰ０点）と触媒担体２の軸芯Ｚとの間の所定距離から、ロータリエンコーダＲＥによって検知される押圧体ＰＭの移動距離を差し引けば押圧体ＰＭの先端の位置（即ち、軸芯Ｚからの距離Ｒ１）を判定することができ、この位置が、製品状態（即ち、後述する図２の１次加工部材１０１内で触媒担体２に対する面圧が所定の面圧値で保持されている状態）における筒状部材の（縮径加工後の）内壁面の位置ということになる。このように、本実施形態によれば触媒担体２及び緩衝部材３の寸法や特性値を個別に測定することなく、また緩衝部材３のＧＢＤ値（緩衝マットの充填密度で、面積当り重量／充填間隙寸法）を用いることもなく、所定の面圧値となる位置（図３のＰ１点）を判定することができる。即ち、上記の触媒担体２の軸芯Ｚと押圧体ＰＭの先端との間の距離Ｒ１は、結果的に触媒担体２の外径誤差のみならず緩衝部材３の単位面積当り重量の誤差をも考慮した値となるので、これらの誤差を別途測定する必要はない。
【００２５】
尚、上記測定結果の距離Ｒ１は、次工程に備え、コントローラＣＴのメモリに記憶されるが、必要に応じて表示するように構成してもよい。また、触媒担体２の軸芯Ｚの回りに放射状に複数の測定装置ＤＴを配置し多点測定を行ない、あるいは、軸芯Ｚの回りにクランプ装置ＣＨ及び一体品１を回動（割り出し）させて多点測定を行なうように構成し、各測定値の平均を求めることとしてもよい。特に、触媒担体２が円形断面でない場合には、触媒担体２の形状に応じて多点測定を行なう必要があるので、複数の測定装置ＤＴを配置することが望ましい。押圧体ＰＭは、必ずしも所定の位置（図３のＰ１点）で停止させる必要はなく、この位置を検知後そのまま連続して後退させ、更に、この押圧体ＰＭの後退に同期してクランプ装置ＣＨによる把持を解除させるように構成してもよい。
【００２６】
面圧検知手段としては、図３に破線で示すように、触媒担体２と緩衝部材３との間に感圧素子ＰＳを介装し、この感圧素子ＰＳの検知信号に基づき面圧を直接検知するように構成してもよい。この感圧素子ＰＳとしては、例えば、マトリックス状に電極を配置したセンサシートを利用して圧力分布をリアルタイムで検出するものが市販されているので、これを用いてもよい。このように面圧検知手段を構成すれば、予め測定装置ＤＴによって前述の距離Ｒ１を求める必要はなく、後述の１次加工部材１０１のうちの緩衝部材３を含む胴部を、前記面圧が所定の圧力範囲内となるように緩衝部材３と共に縮径して触媒担体２を保持するように構成することができる。従って、製造時間を大幅に短縮することができる。尚、感圧素子ＰＳが安価で、且つ、触媒コンバータの機能に悪影響を与えないのであれば、サイジング後に抜き出すことなくそのまま放置することとしてもよい。尚、上記の測定工程は、触媒担体２及び緩衝部材３が許容誤差範囲内の品質を確保し得るものであれば、個体毎に行うことなくサンプルの測定結果を利用することとし、以下の一連の工程から測定工程を除き、簡略化してもよい。
【００２７】
次に、上記の測定結果の距離Ｒ１に基づき、金属製の筒状部材（図４に加工前の部分を１０で示し、一端部を拡径した状態を１０１で示す）の一端部に対する最終目標形状の内側の半径（Ｒ２）を設定する。即ち、図３の触媒担体２及び緩衝部材３を収容する筒状部材の胴部の外周面の仮想延長面より外側に突出する外周面を有する一端部の最終目標形状（図４に２点鎖線で示す）の内面と、前記胴部の中心軸Ｃとの距離を、最大内側半径Ｒ２として設定する。
【００２８】
そして、図４の左側に示すように、筒状部材の一端部を、その最終目標形状の最大内側半径Ｒ２となるまで拡径して拡径部１０ａを形成する。以後、このように拡径部１０ａが形成された筒状部材を特定する場合には１次加工部材１０１という。このときの拡径手段としては、一般的なパンチの圧入によるプレス加工があるが、スピニング等、他の方法を用いてもよい。このときの拡径量（ｄ２）は、最終目標形状の最大内側半径Ｒ２から筒状部材（の加工前の部分）の内側半径Ｒ０を減算した値である。一方、筒状部材の内側半径Ｒ０から前述の測定結果の距離Ｒ１を減算した値が縮径量（ｄ１）である。即ち、図４に二点鎖線で示す位置が筒状部材の胴部の中心軸Ｃから距離Ｒ１の位置で、このＲ１が後述する胴部１１の最終目標形状の内側半径とされる。
【００２９】
従って、後述する胴部１１の内側半径Ｒ１と拡径部１０ａの最大内側半径Ｒ２との差（ｄ０＝Ｒ２−Ｒ１）が、胴部１１の外周面の仮想延長面より外側に突出する最大幅であり、ｄ０＝ｄ１＋ｄ２の関係にある。換言すれば、筒状部材の一端部に対して拡径される変形量は拡径量（ｄ２）のみであるが、最終的には、胴部１１の外周面に対して変形量（ｄ０）が確保されることになる。つまり、筒状部材の一端部（図４の拡径部１０ａ）の最終目標形状の最大内側半径Ｒ２と縮径後の胴部（胴部１１）の最終目標形状の内側半径Ｒ１との差が、胴部１１の外周面の仮想延長面より外側に突出する最大幅（ｄ０）となるので、拡径及び縮径による変形量を最小限に抑えることができる。
【００３０】
続いて、上記のように筒状部材の一端部を拡径した１次加工部材１０１内に、図５に示すように、触媒担体２に緩衝部材３を装着した一体品１を一対収容して並設し、所定位置に保持する。この場合において、各緩衝部材３の外面は筒状部材の内面に圧接されず、接触しないか、あるいは、緩く接触している程度の関係に設定し、各緩衝部材３は殆ど圧縮力を受けないように設定することが望ましい。尚、図４に示す拡径工程と図５に示す収容工程を逆にしてもよい。
【００３１】
次に、上記一対の一体品１を収容し所定位置に保持した１次加工部材１０１に対し、図６に示すようにサイジングを行い、緩衝部材３が最適圧縮量となる径まで１次加工部材１０１の非加工部（即ち、筒状部材の胴部）を縮径する。サイジング方法としては種々の方法が知られているが、本実施形態では図１１に示す縮径装置ＲＤが用いられている。これはフィンガー式と呼ばれ、コレットチャックが利用されている。即ち、図１１に示すように、円筒状のハウジングＧＤ内に、内側がテーパ面の円筒状の押型ＤＰが液密的摺動自在に収容され、更にこの押型ＤＰに対して、複数の割り型（コレット型）ＤＶが摺動自在に収容されている。図６に示すように、各々の割り型ＤＶの外側はテーパ面に形成されており、押型ＤＰの内側のテーパ面に対し摺動自在に配設される。押型ＤＰ及び割り型ＤＶは、油圧駆動装置（図示せず）によって駆動されるように構成されており、油圧によって押型ＤＰがハウジングＧＤの軸方向（長手方向）に駆動され、この押型ＤＰの軸方向移動に応じて割り型ＤＶが径方向（軸芯方向）に駆動されるように構成されている。尚、油圧駆動装置（図示せず）は図３に示すコントローラＣＴによって制御されるように構成することができる。
【００３２】
而して、図６に示すサイジング工程において、油圧駆動装置（図示せず）を駆動し、押型ＤＰを油圧によってハウジングＧＤの軸方向に駆動すると（図６の左方に移動すると）、割り型ＤＶは径方向（軸芯方向）に移動し、筒状部材（１次加工部材１０１）の胴部及び緩衝部材３を圧縮しつつ縮径することとなる。このときの縮径量は油圧駆動装置の制御によって正確に制御され、筒状部材（１次加工部材１０１）の中心軸Ｃ（前述の触媒担体２の軸芯Ｚと一致）と内壁面との間の距離が、前述の測定結果の距離Ｒ１となるまで、調心されつつ１次加工部材１０１及び緩衝部材３が縮径され胴部１１が形成される。これにより、触媒担体２は緩衝部材３を介して筒状部材（サイジング後の状態を２次加工部材１０２とする）内で安定した状態で支持される。
【００３３】
尚、本実施形態の縮径装置ＲＤに縮径時の反力検出手段を設け、前述の測定装置ＤＴとしても機能し得るように構成することができる。このように構成することにより、１台の装置で測定とサイジングを行うことができるので、製造効率が極めて良好となる。更に、測定とサイジングとの間の時間間隔を短く設定することができ、測定時の押圧によって全周に亘って均等に薄肉化した緩衝マットが復元する前に筒状部材をセットすればよくなるので、製造効率が一層良好となる。
【００３４】
縮径装置ＲＤの油圧駆動装置（図示せず）はＮＣ制御により任意量のサイジングを行なうことができるように構成されており、微細制御が可能である。更に、縮径時において、例えば逐次（随時）ワークを回転し、割り出し制御（インデックス制御）を行なうこととすれば、全周に亘って一層均一に縮径することができる。尚、縮径装置ＲＤの駆動及び制御媒体として、本実施形態では油圧を用いることとしているが、これに限らず、その駆動及び制御形式については、機械式、電気式、空気圧式等、任意の駆動方法を用いることができ、制御はＣＮＣコントロールを用いることが好適である。
【００３５】
尚、筒状部材（１次加工部材１０１）の少なくとも緩衝部材３を収容する部分の内側の実質的な半径が測定結果の距離Ｒ１を下回り、触媒担体２が破壊する直前まで、図１の押圧体ＰＭによって緩衝部材３を押圧したときの限界距離（Ｒｘとする）を予め測定しておくとよい。そして、ＮＣ制御による縮径装置ＲＤに用い、縮径後に２次加工部材１０２がスプリングバックしたときに２次加工部材１０２の実質的な半径が距離Ｒ１となるように、半径が限界距離Ｒｘより大の範囲で距離Ｒ１を下回る距離となるまで、１次加工部材１０１を緩衝部材３と共に縮径すれば、スプリングバックに影響されることなく、触媒担体２の軸芯Ｚと１次加工部材１０１の内壁面との間の距離が前述の測定結果の距離Ｒ１となるように、１次加工部材１０１の胴部及び緩衝部材３を縮径することができる。
【００３６】
このように、少なくとも緩衝部材３の存在する範囲（図６にＳＡで示す）に亘って１次加工部材１０１が縮径されるので、緩衝部材３が圧縮状態に保持され、その圧縮復元力によって触媒担体２に付与される所定値の面圧によって、触媒担体２が胴部１１内で安定した状態で支持されると共に、軸方向摩擦力が付与される。而して、図６に示す２次加工部材１０２が形成され、スプリングバックも考慮して形成された胴部１１内に、触媒担体２が緩衝部材３を介して適切に保持される。従って、特に脆弱な触媒担体２に対しても、これを破壊することなく適切に胴部１１内に保持することができる。尚、サイジング方法としては、例えば特開２００１−１０７７２５号に記載のようにスピニングローラＳＰを用い、スピニング加工によるサイジングを行うこととしてもよい。また、例えば図１に記載の感圧素子ＰＳによって、触媒担体２に付与される面圧を監視（モニター）しながら、１次加工部材１０１を縮径することとしてもよい。
【００３７】
更に、上記のサイジング後の２次加工部材１０２の一端部に対し、図７に示すようにスピニングローラＳＰによるネッキング加工を行なう。先ず、２次加工部材１０２の胴部１１をスピニング装置用のクランプ装置ＣＬによって挟持し、回転不能且つ軸方向移動不能に固定する。そして、胴部１１の中心軸（図６のＣ）に対して少なくとも偏芯、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有し、一部が胴部１１の外周面の仮想延長面より外側に突出する最終目標加工部（図７に示すテーパ部１３ｂ及び首部（ボトルネック部）１３ｃから成るネッキング部１３に至るまでに複数の目標加工部（図示せず）を設定する。この場合において、図７の上方の胴部１１の左端近傍を図８に拡大して示すように、胴部１１の左端側の所定範囲１１ｙを含みネッキング部１３を形成するように設定する。即ち、図８にネッキング部１３を実線で示すように、胴部１１の所定範囲１１ｙ（図８に１点鎖線で示す範囲）に対してもスピニングローラＳＰによるネッキング加工を行ない、所定範囲１１ｙに対応する部分がネッキング部１３の一部を構成し、重合加工部１３ａとなる。
【００３８】
そして、上記複数の目標加工部に基づき複数の加工目標軸（図示せず）を設定し、これら複数の加工目標軸のうちの一つと拡径部１０ａの中心軸（図示せず）が略同軸となるように２次加工部材１０２（図６に示す状態）を支持し、その一端部の外周回りを同径の円形軌跡にて公転する複数のスピニングローラＳＰによって当該一端部に対しスピニング加工を行なう。即ち、２次加工部材１０２の一端部の外周回りに望ましくは等間隔で配置したスピニングローラＳＰを、当該一端部の外周面に密着させて公転させると共に、径方向に駆動して公転軌跡を縮小しつつ軸方向（図７の左方向）に駆動してスピニング加工を行なう。これにより、図７に示す３次加工部材１０３が形成され、一端部が最終目標形状の傾斜軸を有するネッキング部１３に形成される。
【００３９】
続いて、図９に示すように、ネッキング部１３が加工された３次加工部材１０３（図７に示す状態）を１８０度反転させて配置し、他方の端部についても上記と同様にスピニングローラＳＰによるネッキング加工を行なう。この場合における３次加工部材１０３の反転作業は、ネッキング部１３の加工終了後、クランプ装置ＣＬによる３次加工部材１０３の挟持状態を解放し、図示しないロボットハンドによってクランプ装置ＣＬから３次加工部材１０３を取り出し、これを反転させて再度クランプ装置ＣＬに装着することによって行なう。
【００４０】
そして、クランプ装置ＣＬによって胴部１１を再度挟持し、他方の端部に対し、スピニングローラＳＰによって前述と同様に加工し、図９に示すように胴部１１の中心軸（図６のＣ）と同軸のテーパ部１２ｂ及び首部１２ｃから成るネッキング部１２を形成する。この場合において、図９の下方の胴部１１の左端近傍を図１０に拡大して示すように、胴部１１の左端側の所定範囲１１ｘを含みネッキング部１２を形成するように設定する。即ち、図１０にネッキング部１２を実線で示すように、胴部１１の所定範囲１１ｘ（図１０に１点鎖線で示す範囲）に対してもスピニングローラＳＰによるネッキング加工を行ない、所定範囲１１ｘに対応する部分がネッキング部１２の一部を構成し、重合加工部１２ａとなる。
【００４１】
本実施形態によれば、上記のようにスピニング加工時に２次加工部材１０２（又は３次加工部材１０３）は回転しないため、２次加工部材１０２を確実に保持する構造を容易に構成することができると共に、２次加工部材１０２（又は３次加工部材１０３）に収容された触媒担体２及び緩衝部材３もスピニング加工中に回転（軸芯を中心とする自転）することはないので、安定した保持状態を維持することができる。また、２次加工部材１０２及び３次加工部材１０３の各一端部に対するネッキング加工を容易に連続して行なうことができる。
【００４２】
特に、本実施形態においては、図８及び図１０に示すように、胴部１１の所定範囲１１ｘ及び１１ｙに対してもスピニングローラＳＰによるネッキング加工が行なわれ、所定範囲１１ｘ及び１１ｙに対応する部分がネッキング部１２及び１３の一部を構成し、重合加工部１２ａ及び１３ａとなる。この場合において、ネッキング部１３は傾斜スピニング加工によって形成され、スピニングローラＳＰの公転軌道が筒状部材の軸芯に対して斜めになるので、重合加工部１３ａは、同軸スピニング加工によって形成されるネッキング部１２の重合加工部１２ａより広い範囲とすることが望ましい（後述の偏芯スピニング加工による場合も同様）。
【００４３】
つまり、ネッキング部１３に関しては、図８に示すように、胴部１１のサイジング時に形成された折り曲げ部Ｂ１とは異なる折り曲げ部Ｂ２からネッキング加工が行なわれて重合加工部１３ａとなるので、折り曲げ部が重なることはない。しかも、サイジング時に形成された折り曲げ部Ｂ１は、スピニング加工によるヘリカル方向への積極的な材料の塑性流動によって、全体として均一な板厚に形成される。同様に、ネッキング部１２に関しても、図１０に示すように、胴部１１のサイジング時に形成された折り曲げ部Ｂ３からネッキング加工が行なわれるが、折り曲げ部Ｂ３とは異なる折り曲げ部Ｂ４で折り曲げられるので、折り曲げ部が重なることはなく、折り曲げ部Ｂ４は、スピニング加工によるヘリカル方向への積極的な材料の塑性流動によって、全体として均一な板厚に形成される。
【００４４】
而して、完成品の触媒コンバータには、図１に示すように、サイジングによって胴部１１の外面に形成された平行な複数の痕跡１１ｅ、並びにスピニング加工によってネッキング部１２及び１３の外面に形成された複数の条痕１２ｊ及び１３ｊが残り、図１に破線で示すように痕跡１１ｅの縮径時の両端部はネッキング部１２及び１３の形成時に消失し、痕跡１１ｅは、その両側で条痕１２ｊ及び１３ｊに交差するように連結された形態を呈している。尚、上記の痕跡１１ｅは、図１１に示す縮径装置ＲＤを用いた工法特有のものであるが、図１（及び図２）における線条は説明の便宜上、強調して描いたものであって、実際は薄く、できれば視認できない程度であることが望ましい。また、スピニング加工による条痕１２ｊ及び１３ｊ（及び、後述する１４ｊ）についても同様である。
【００４５】
上記の構成を従来の構成と比較すると、例えば図１０において、従来方法によれば、サイジング時に形成される折り曲げ部Ｂ３を境として、そこからネッキング加工によって反対方向に折り曲げられて２回目の折り曲げ部（図示せず）が形成されることになる（即ち、図１０の折り曲げ部Ｂ３とＢ４が同じ位置となる）。従って、前述のように、板厚が減少している折り曲げ部Ｂ３（１回目）に対し、反対方向に折り曲げ部（２回目）が形成されることになるので、この部分の板厚が更に減少し、他の部分に比べて剛性が低い環状の低剛性部分が形成されてしまうおそれがある。尚、図８に示す部位では、従来方法によれば、折り曲げ部Ｂ１から同一方向に折り曲げられて２回目の折り曲げ部（図示せず）が形成されることになるが、同一箇所で２回の折り曲げ部が形成されることに変わりはないので、他の部分に比べて剛性が低くなることは避けられない。
【００４６】
これに対し、本願発明の実施形態に係る上記の触媒コンバータにおいては、折り曲げ部が重なることはなく、しかも材料の塑性流動によって全体として均一な板厚の重合加工部となるので、従来のように折り曲げ部で板厚が減少することはない。更に、非加工部、即ち素材のままの部分が完全に無くなり、筒状部材が、その外面の全体に亘って塑性加工が行われることになるので、非加工部という低剛性部分が残るという問題も解消する。特に、本実施形態においては、コレット型による縮径加工とスピニング加工との組み合わせにより、板厚増加を伴う加工を行うことができるので、重合加工部における上記の効果が相乗され、一層の効果を奏することができる。尚、サイジングに際しては、面圧を予測し、あるいは、縮径加工時にリアルタイムで検知しつつ、所定量のサイジングを行うとよい。
【００４７】
図７に示す実施形態においては、２次加工部材１０２の一端部に対し傾斜スピニング加工（特許第２９５７１５３４号に記載）を適用しているが、これに限らず、偏芯スピニング加工（特許第２９５７１５３号に記載）を適用してオフセット状のネッキング部を形成することとしてもよく、この偏芯スピニング加工によれば、図２の右側に示すネッキング部１４を形成することができ、このときに条痕１４ｊが形成される。また、図７に示すように、一部が胴部１１の外周面の仮想延長面より外側に突出する最終目標加工部を設定してネッキング加工を行うこととしているが、これに限らず、通常の、同軸、偏芯、傾斜及び捩れスピニング加工の何れと組み合わせることとしてもよい。尚、同軸、偏芯、傾斜及び捩れスピニング加工においては、本実施形態のようにワーク（筒状部材）固定式が望ましいが、適宜、ワーク回転式を用いることとしてもよい。更に、本実施形態では触媒担体２は２個としたが、１個でもよい。あるいは、３個以上の触媒担体を直列に配置してもよく、胴部は、各ハニカム構造体に対応する部分毎に縮径してもよいし、連続して縮径してもよい。そして、最終製品としては、自動車の排気系部品に限らず、前掲の公報に記載の燃料電池用改質器等、種々の流体処理装置に適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のハニカム構造体内蔵流体処理装置においては、筒状部材が、少なくとも緩衝部材を収容する部分の軸方向所定範囲を縮径して成る適切な胴部を備えると共に、該胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み開口端に至るまでの端部をネッキング加工して成り、適切な剛性を有するネッキング部を備え、縮径胴部の一端側の所定範囲がネッキング加工されて重合加工部となり、低剛性部分が形成されることはないので、この部分に応力が集中しても十分対抗することができる。従って、加工前の筒状部材の板厚を必要以上に大きく設定することなく、加工性を確保しつつ、軽量化、低コスト化が可能となる。
【００４９】
前記ネッキング部は、請求項２に記載のように構成すれば、胴部の両端に連続して所望の形状のネッキング部を容易に形成することができる。
【００５０】
また、請求項３に記載のハニカム構造体内蔵流体処理装置の製造方法においては、筒状部材の少なくとも緩衝部材を収容する部分の軸方向所定範囲を縮径して胴部を形成し、該胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み筒状部材の開口端に至るまでの端部をネッキング加工してネッキング部を形成することとしているので、適切に縮径して胴部を形成すると共に、該胴部に連続して、相対的に剛性が低い部分を形成することなく、適切にネッキング加工を行うことができる。
【００５１】
更に、請求項４に記載のように前記ネッキング部を形成することとすれば、胴部の両端に連続して所望の形状のネッキング部を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流体処理装置の一実施形態に係る触媒コンバータの正面図である。
【図２】本発明の流体処理装置の他の実施形態に係る触媒コンバータの正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る触媒コンバータの製造方法において、触媒担体及び緩衝部材の測定工程を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る触媒コンバータの製造方法において、筒状部材の一端部を拡径し、拡径部を形成した１次加工部材を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る触媒コンバータの製造方法において、触媒担体及び緩衝部材を装着した一体品を１次加工部材内に収容する状態を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る触媒コンバータの製造方法において、サイジング工程での１次加工部材の縮径状態を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る触媒コンバータの製造方法において、２次加工部材の一端部に対しスピニングローラによるネッキング加工を行う状態を示す断面図である。
【図８】図７の上方の胴部の左端近傍を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る触媒コンバータの製造方法において、一端部にネッキング部が形成された３次加工部材の他方の端部に対し、スピニングローラによるネッキング加工を行なう状態を示す断面図である。
【図１０】図９の下方の胴部の左端近傍を拡大して示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る触媒コンバータの製造に供する縮径装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　一体品，　２　触媒担体，　３　緩衝部材，　１０　筒状部材，
１１　胴部，　１０ａ　拡径部，　１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ　テーパ部，
１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ　首部，　１２，１３，１４　ネッキング部，
１０１　１次加工部材，　１０２　２次加工部材，　１０３　３次加工部材，
ＤＴ　測定装置，　ＰＭ　押圧体，　ＬＣ　ロードセル，
ＲＥ　ロータリエンコーダ，　ＣＨ，ＣＬ　クランプ装置，
ＳＰ　スピニングローラ

Claims

金属製筒状部材内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵流体処理装置において、前記筒状部材が、少なくとも前記緩衝部材を収容する部分の軸方向所定範囲を縮径して成る胴部と、該胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまでの端部をネッキング加工して成るネッキング部を備えたことを特徴とするハニカム構造体内蔵流体処理装置。
前記ネッキング部は、前記胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまでスピニング加工して成り、前記胴部の中心軸に対して少なくとも偏心、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸を有することを特徴とする請求項１記載のハニカム構造体内蔵流体処理装置。
金属製筒状部材内に緩衝部材を介してハニカム構造体を保持するハニカム構造体内蔵流体処理装置の製造方法において、前記ハニカム構造体の外周に前記緩衝部材を装着した状態で前記筒状部材内に緩やかに収容し、前記筒状部材の少なくとも前記緩衝部材を収容する部分の軸方向所定範囲を縮径して胴部を形成し、該胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまでの端部をネッキング加工してネッキング部を形成することを特徴とするハニカム構造体内蔵流体処理装置の製造方法。
前記胴部の少なくとも一端側の所定範囲を含み前記筒状部材の開口端に至るまで、前記胴部の中心軸に対して少なくとも偏心、傾斜及び捩れの何れか一つの関係にある中心軸に沿ってスピニング加工を行い、前記ネッキング部を形成することを特徴とする請求項３記載のハニカム構造体内蔵流体処理装置の製造方法。