JP2004502896A

JP2004502896A - 触媒コンバータの組立て方法

Info

Publication number: JP2004502896A
Application number: JP2002508605A
Authority: JP
Inventors: コリンズ，トーマス　エイ; アイゼンストック，グレゴリー; ロッカー，ロバート　ジェイ; モース，ロバート　エイ
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2004-01-29
Also published as: WO2002004167A1; AU2001268084A1; US20020124403A1; CN1232381C; CN1441711A; US20020189097A1; KR20030015376A; US6568078B2; EP1301309A1; US6484397B1; BR0112321A

Abstract

触媒コンバータを組み立てる方法は、（１）セラミックサブストレートの形状に実質的に調和した所定の形状を有する金属シェルを提供し、（２）十分な量の支持マットの材料を金属シェル内に挿入して取囲みマット層を形成し、（３）この取囲みマット層を、最終ギャップ嵩密度よりも高い初期ギャップ嵩密度に圧縮し、（４）上記マット層に対する圧縮を解除し、上記マット層が上記最終ギャップ嵩密度に達する以前に、上記セラミックサブストレートの少なくとも一部分を、取囲みマット層付き金属シェル内に挿入し、次に上記マット層がセラミックサブストレートに対し所定の最終ギャップ嵩密度に圧縮されるようになるまで、上記マットをさらに解放することを許容する諸工程を含む。

Description

【０００１】
本願は、「内燃機関に使用するための触媒コンバータの組立て方法」と題して２０００年７月１１日付けで、Ｅｉｓｅｎｓｔｏｃｋ等により提出された米国仮出願第６０／２１７，２８０号の優先権を主張した出願である。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、排気ガスを浄化するための触媒コンバータの製造方法に関し、特に、金属シェルを予め形成し、かつこの金属シェルに対し支持マットを圧縮状態で押し込むことを含む触媒コンバータの製造方法に関するものである。
【０００３】
２．関連技術の説明
周知のように、特に自動車の内燃機関から排出される排気ガスの浄化は通常、ハニカムセルを備えたセラミックエレメントが触媒担体として機能する排気ガス浄化システムによって達成される。さらに詳しく言うと、このハニカムセル構造体は、排気ガスのＨＣおよびＣＯのような有害成分をＯ_２の存在の下でＨ_２ＯおよびＣＯ_２に転化させる動作を行なう貴金属を含む触媒で覆われている。このハニカムセル構造体は、ガスの漏れない金属シートまたは鋳物製の耐熱性容器または缶内に収容されている。
【０００４】
現在使用されているハニカム構造体は通常、強度が限定されている脆性材料であるコージエライトのようなセラミック材料で形成されている。このため、今日使用されている触媒コンバータは、一般にハニカムの周囲に巻き付けられた弾性支持マットを備えている。いかなる圧縮力をもセラミック上に一様に分布させるこの弾性材料は、一般に温度の上昇に伴って膨張する。したがって、ハニカム上の圧縮性支持力は高温で増大し、外側の金属シェルの熱膨張をある程度は補償する。金属シェルは、収容されているセラミックハニカムよりも余計に膨張するので、このマットの膨張がハニカムのシェル内でのがたつきを防止する。
【０００５】
上記マットとセラミック単一体とを缶内に組み付けて、上述の触媒コンバータを作成するには，種々の手法があることが当業者には知られている。現在行なわれている手法は一般に二つのグループに分けられる。すなわち、（１）セラミック単一体と金属シェルとの間に予め隙間を設けて、この隙間を金属シェルの組立て中維持する方法（例えば、スタッフマウンティング（Ｓｔｕｆｆｍｏｕｎｔｉｎｇ）法またはクラムシェル法）、（２）金属シェルとセラミック単一体との間に予め設定された圧力を組立て中維持する方法（例えば、シューボックス法または止血帯法）。
【０００６】
スタッフマウンティング法は、先ずサブストレートに弾性マットを巻き付け、次にこのマットを巻き付けたサブストレートを円錐体内に挿入し、それが押し通されるときにマットを圧縮する。次に、マットを巻き付けたサブストレートを、圧縮用円錐体から触媒コンバータの容器またはシェルになる円筒内に排出する（例えば、米国特許第４，０９３，４２３号明細書（Ｎｅｕｍａｎｎ）を参照のこと）。
【０００７】
クラムシェルスタイルの缶入れは、２個の金属シェルハーフを用い、これら金属シェルハーフを、マットを巻き付けたハニカムの周囲で閉鎖した後、一体に溶接する（例えば、米国特許第５，２７３，７２４号明細書（Ｂｏｓ）を参照のこと）。
【０００８】
「止血帯ラップ法（“ｔｏｕｒｎｉｑｕｅｔｗｒａｐ”ｍｅｔｈｏｄ）」と通常呼ばれている製造方法では、長方形の平坦な金属シートを、重ね継ぎ部を備えた円筒体に形成する。マットを巻き付けたハニカムを円筒状缶内に緩く挿入し、この結合されたアセンブリを引き合わせて、所望のマット圧縮状態を形成する。次に重ね継ぎ部を溶接して、所望の圧縮状態に缶を保ち、同時にガス漏れを防止する（例えば、米国特許第５，０８２，４７９号明細書（Ｍｉｌｌｅｒ）を参照のこと）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来方法で行なわれているように、与えられたハニカム構造体の周りを金属シェルおよび支持マットが圧縮状態で閉塞する結果として、ハニカムサブストレート上に生じる大きな圧縮力が、ハニカムの外径、支持マット材料の厚さおよびコンプライアンス、ならびに金属シェルの寸法によって影響を受けることは知られている。これらの寸法のそれぞれは、注意深く管理されなければならない製造公差を有していて、適切な、過大でない半径方向の圧力がハニカムサブストレートに加えられることを保証している。上述した従来の触媒コンバータの組立て方法はすべて、金属シェルに圧縮力が作用し、あるいは上述の円錐形工具の圧縮力が作用する結果として、組立て時に、セラミックサブストレートに対して、不均一かつ間接的な圧縮力を与える。金属シェルに作用する圧縮力は、衝撃が加えられると、サブストレートを損傷させる結果となり、極めて薄いセル壁および外皮を備えた高性能サブストレートの場合、損傷を受ける危険性が増大する。
【００１０】
これらの従来技術の別の欠点は、高閉塞度、不均一な圧力分布、特に非円形単一体サブストレートによって、隙間の変動および瞬間的な圧力ピークが生じることである。上記マットは室温において粘弾性を有する材料なので、圧縮圧力は、例えば圧縮が速いほど圧力が高い、したがってセラミック単一体が受ける望ましくない圧力ピークが高いというように、速度に左右される。この欠点は、セル壁がより薄く形成されたサブストレートを用いるほど問題になる。
【００１１】
上述のような問題があるという事情に鑑み、本発明の目的は、特に、いかなる場合でも、セラミックサブストレートに加えられる最大圧縮力がサブストレートを損傷させない態様で、一様なマット密度とセラミックサブストレートに対する一様な圧縮力が得られる、より簡単で、より労働集約的でない、より効果的な触媒コンバータの組立て方法を提供することにある。特に、本発明の目的は、脆性セラミック単一体において高い応力が生じることとなる望ましくない圧力ピークにセラミック単一体をさらすことが避けられる方法を開示することにある。
【００１２】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、触媒コンバータを組み立てるための従来の圧縮閉鎖法の問題点および欠点を克服した組立て方法を開示することにある。換言すれば、本発明は、ハニカム構造体を係止するには十分であるが、係止されたハニカムサブストレートを損傷せず、かつ従来の組立て方法で経験したような圧力ピークを蒙ることのない圧縮負荷をハニカム構造体に与えることができる組立て方法を開示するものである。
【００１３】
この目的は、下記の記載によって明らかになる他の目的と同様に、本発明においては、支持マットの初期圧縮が、マットを金属シェルに対して圧縮する、すなわち「マット対金属シェル」の内部圧縮の結果として得られるという特徴の結果として達成される。このことは、従来の方法における、初期圧縮が支持マットの外部から行なわれ、かつ金属シェル内で支持マットがセラミックサブストレートに対し圧縮される、すなわち「金属シェルおよび／またはマット対サブストレート」の関係が生じる圧縮とは逆である。換言すれば、本発明の組立て方法は、取囲みマット層付き金属シェルを提供し、上記マット層を金属シェルに対し圧縮し、次に支持マットの圧縮を解除し、これにより、セラミックサブストレートに対し、はるかに弱い支持マット圧力を与えることを含む。
【００１４】
概略的に言えば、これらの触媒コンバータを組み立てる方法は、（１）端部が開放された一体型金属シェルを提供し、（２）この金属シェルの内面に、弾性を有するマット材料を配置して取囲みマット層を形成し、（３）この取囲みマット層を圧縮し、（４）この取囲みマット層を上記金属シェルの内面上に保留しながら、上記セラミックサブストレートを上記金属シェル内に挿入する、諸工程を含む。
【００１５】
より詳細な実施の形態においては、これらの触媒コンバータを組み立てる方法は、（１）上記セラミックサブストレートの形状に実質的に調和した所定の形状を有する金属シェルを提供し、（２）弾性を有する支持マット材料の十分な量を上記金属シェル内に挿入して、取囲みマット層を形成し、（３）この取囲みマット層を、所定の最終ギャップ嵩密度に等しいかまたはそれよりも高い初期ギャップ嵩密度に圧縮し、（４）上記マット層に対する圧縮を解除し、上記マット層が上記最終ギャップ嵩密度に達する以前に、上記セラミックサブストレートの少なくとも一部分を、取囲みマット層付き金属シェル内に挿入して、上記マット層が上記セラミックサブストレートに対して上記所定の最終ギャップ嵩密度に圧縮された状態になるまで、上記マットをさらに解放することを許容する、諸基本工程を含む。
【００１６】
発明の詳細な説明
本発明は、触媒コンバータの組立て工程に関し、特に、ハニカムサブストレートを係止するのに十分な、しかし係止されたハニカムサブストレートを損傷させることのない圧縮負荷をハニカム構造体に与え、かつ従来の触媒コンバータの組立て方法において上記サブストレートが受ける圧力よりも遥かに弱いマット解放圧力をサブストレートに与えるのみである触媒コンバータの組立方法に関するものである。換言すれば、本発明は、触媒コンバータを作成するための標準的な圧縮法においては典型的に高い圧縮圧力のピークにハニカムサブストレートがさらされるのを回避するものである。
【００１７】
図１Ａおよび１Ｂは、触媒の構造体すなわち担体として機能するセラミックハニカム構造体を備えた典型的な触媒コンバータを示す。この触媒コンバータ１０は、円柱状セラミックハニカム１２と、このセラミックハニカム１２を収容する金属ケース（シェルまたは缶）１４とを備えている。金属シェル１４は、道路上の塩分、温度および腐食に耐え得る材料、例えばグレードＳＳ−４０９，ＳＳ−４３９、そして最近は概して好ましいＳＳ−４４１を含むステンレス鋼から形成される。材料の選択は、排気ガスの種類、最高温度等に左右される。ハニカム１２は、コージエライトのようなセラミック材料の押出成形により形成される。金属シェル１４は、入口ポート１６と出口ポート１８と本体部分２０とを備えている。入口ポート１６に導入された排気ガスは、ハニカム１２の個々のセルを通り抜けて、出口ポート１８から排出される。
【００１８】
セラミックハニカム１２は正方形のセルを有するが、三角形、長方形等を含む正方形以外のセル形状を有していてもよい。しかしながら、押出成形等のための治工具の価格を考慮すると、セルは一般に正方形である。
【００１９】
セラミックハニカム１２は、ショックアブソ−バとして用いられる弾性を有するセラミックファイバマット２２または網からなる取囲み層を介して、金属シェル本体２０に支持されている。取囲みマット層２２は一般に、単純な非膨張性セラミック材料、または例えば、外部の鋼製シェルがセラミック単一体から外方へ膨張したときに、熱膨張して安定した圧縮力を維持する「ひる石」成分を含む膨張性材料で形成される。満足できる非膨張性セラミックファイバ材料としては、ミネソタ州ミネアポリス所在の３Ｍ社から商標名「ＮＥＸＴＥＬ」および「ＳＡＦＦＩＬ」、またはニューヨーク州ナイアガラフォールズ所在のＵｎｉｆｒａｘ社から商標名「ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ」および「ＣＣ−ＭＡＸ」を付して販売されているセラミック材料が挙げられる。満足できる膨張性セラミックとしては、上述の商標名「ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ」でも販売されている膨張性セラミックのみでなく、ミネソタ州ミネアポリス所在の３Ｍ社から商標名「ＩＮＴＥＲＡＭ」で販売されているような材料も挙げられる。ハニカム１２の長さと幅が略等しい場合、弾性マット層２２は、セラミックサブストレート１２と金属シェル１４との間に挿入される。一旦セットされた弾性マット層２２はハニカムの外周を押圧し、これにより、ガス流によって生じる抗力に抗してハニカムを固定する。簡単に言うと、触媒コンバータの一般的な作成工程は、十分な量の支持マット材料でサブストレートを包み、このマットに包まれたサブストレートの周囲を加圧状態で閉塞するか、あるいはマットをサブストレートに対し圧縮して、このマットに包まれたサブストレートを金属シェル内に挿入するかして、マットに包まれたサブストレートを略円筒状の金属容器内に挿入して、気密シールを形成しかつ圧縮応力を維持することを含む。
【００２０】
本発明は、上述の工程の改良に関するものであり、上述の標準的な工程とは逆に、支持マットをセラミックハニカムに対してではなく、金属シェルに対して圧縮することを含む。その最も簡単な形態において、弾性マットに包まれかつ金属シェル内に取り付けられたモノリシックなセラミックサブストレートを備えた触媒コンバータの組立て方法は、（１）両端が開放された金属シェルを提供し、（２）この金属シェルの内面に弾性マット材料の層を配置して、円筒状のマット層を形成し、（３）円筒状のマット層を圧縮し、（４）円筒状のマット層をシェルの内面上に確保しながらセラミックサブストレートを金属シェル内に挿入する諸工程を含む。
【００２１】
触媒コンバータの安直な製造方法の種々の実施の形態が図２Ａ，２Ｂ，図３，図４Ａ〜４Ｃ，図５Ａ〜５Ｃ，図６Ａ〜６Ｄおよび図１０Ａ、１０Ｂに示されている。これら実施の形態のそれぞれは、（１）セラミックサブストレート１２の形状に実質的に調和した所定の形状を有する金属シェル１４を提供し、（２）十分な量の弾性支持マット材料層２２を金属シェル１４内に挿入し、（３）取囲みマット層２２を最終ギャップ嵩密度に等しいかそれよりも高い初期ギャップ嵩密度に圧縮し、（４）マット層２２に対する圧縮を解除し、取囲みマット層付き金属シェル１４内にサブストレート１２を挿入し、これにより、マット層２２がセラミックサブストレート１２に対して最終的なギャップ嵩密度に圧縮される状態になるまでマット層の解放が許容されるという基本的な諸工程を少なくとも含む。
【００２２】
図２Ａ，２Ｂを参照すると、図１および図２に示されかつ上述の一般用語で記載された触媒コンバータ１０の製造の第１の実施の形態の独特の工程が示されている。本実施の形態においては、圧縮工程が、心棒状の圧縮具２６を使用することを含む。圧縮具２６は、取り囲んだマットを徐々に圧縮するように機能する小径部分２８と、次いで支持マットを初期ギャップ嵩密度までフルに圧縮する大径部分３０とを備えている。本実施の形態においては、小径部分２８にはテーパーが付いており、金属シェル内に挿入されると、取り囲んだマット層２２を金属シェル１４に対し徐々に圧縮する機能を有し、圧縮具２６がマット層付き金属シェル１４内にさらに挿入されると、この圧縮具２６の大径部分３０によって完全に圧縮される。小径のテーパーの付いた部分２８は、約２〜１０度のテーパー角（θ）を有するのが好ましい。
【００２３】
本実施の形態においては、大径部分３０がテーパーの付いていない円柱状表面を有し、下記の寸法を備えている。すなわち、（１）少なくとも支持マット２２の幅よりも長い長さと、（２）セラミックサブストレート１２の断面形状に調和した断面形状と、（３）セラミックサブストレート１２が備えている断面積に等しいかそれよりも大きい断面積とを備えている。セラミックサブストレート１２の断面積よりも大きい断面積を備えている目的は、一旦圧縮具２６が完全に挿入されると、テーパーの付いていない大径部分３０が、取り囲んだマット層２２を、完成した製品に関する最終ギャップ嵩密度よりも高い初期ギャップ嵩密度に圧縮することである。初期ギャップ嵩密度が最終ギャップ嵩密度よりも高いことに起因するこの差は、圧縮具２６の除去とセラミックサブストレート１２の少なくとも一部分の挿入とを可能にする十分な時間の間、支持マットがこの初期圧縮に保たれると仮定すれば、セラミックサブストレート１２が、支持マットにいかなる損傷をも生じさせることなしに、先に圧縮具２６により占められていた場所に挿入されることを可能にする。
【００２４】
これに代り、上記圧縮具を円錐形とすることができる。円錐形圧縮具の基部、すなわち最も大径の部分は、セラミックサブストレート１２の断面形状に実質的に調和した断面形状と、セラミックサブストレート１２の断面積に等しいかそれよりも大きい断面積とを持つべきである。上記円錐形圧縮具の残りの部分、すなわち先端から基部までは、圧縮具が完全に挿入されて円錐形圧縮具の最大径部分が、周りを取り囲むマットに接触するまで、徐々にマットを圧縮する機能を有する（すなわち小径部分として機能する）。その結果、前述のように、最終製品に関する最終ギャップ嵩密度よりも高い初期ギャップ嵩密度にマットが圧縮される。
【００２５】
表１は、上述した「ＩＮＴＥＲＡＭ　１００」支持マット材料の種々のタイプに関してマット製造者が設定した目標ギャップ嵩寸法および最小ギャップ嵩寸法を示し、表中の数値は、ＩＮＴＥＲＡＭ支持マット材料の基本重量（ｇ／ｍ^２）の異なる種類を表す。
【００２６】
【表１】

上述の圧縮具は、好ましくはＪＩＳ　Ｋ−７１２５で規定された静摩擦係数が０．１５以下、より好ましくは０．１以下の低い摩擦係数を有する材料を含むべきである。理想的な静摩擦係数がゼロであることは自明であるが、材料の限界により０．０１以下の静摩擦係数を得ることは困難である。必要な低摩擦係数を備えることが可能な材料は、テフロン（登録商標）をコートしたステンレス鋼またはアルミニウムである。
【００２７】
特に図２Ａおよび２Ｂを参照すると、触媒コンバータ組立て方法は、マット層付き金属シェル１４内に圧縮具２６のテーパーの付いた部分を挿入し、支持マット２２が完全に圧縮されるように、圧縮具２６を、そのテーパーの付いていない部分３０がマット層２２の幅に整列するまでマット層付き金属シェル１４内に下方へ向かって押し込むことを含む。図２Ａに示されているように、圧縮具が完全に挿入され、そのテーパーの付いていない部分３０が周囲のマット層２２に整列すると、この方法は次に、圧縮具２６はそのままの位置に残した状態で、圧縮されたマット層２２を冷却ないし凍結して、マット層を初期ギャップ嵩密度に保つ。圧縮された支持マット層２２を図２Ａおよび２Ｂに示されているように冷却する一つの手段は、冷媒が通される中空の螺旋状チューブ３２で金属シェル１４の外表面を囲うことを含み、上記螺旋状チューブ（「冷媒入る」「冷媒出る」として示されている）に冷媒を供給して、マットをその初期の圧縮された位置、すなわち初期ギャップ嵩密度に凍結する。マットをこの初期の圧縮された位置に凍結する機能を有するいずれの液体を用いてもよいが、一例として液体窒素が用いられる。
【００２８】
特に図２Ｂを参照すると、本方法は、マット層を初期圧縮状態に圧縮した後、圧縮具２６を圧縮位置からスライドさせて取り除き、次にマット層付き金属シェル内にセラミックサブストレート１２を挿入し、マット層２２に整列する位置まで入れることを含む。この工程は、マット層２２が温まるにつれて初期圧縮状態を失うのに先立って行なわれ、マット層２２はセラミックサブストレート１２によって圧縮された状態になり、マット層の最終ギャップ嵩密度が得られる。凍結したマット層２２とセラミックサブストレート１２との間のギャップに注目すべきであり、初期ギャップ嵩密度と最終ギャップ嵩密度との差によって、セラミックサブストレート１２を、マットを損傷させることなくマット層に整列させることができる。
【００２９】
図３を参照すると、図２Ａおよび図２Ｂについて説明した上述の方法を実施するための装置の変形実施例が示されており、唯一の相違点は、冷却（すなわち、マットを冷却して初期ギャップ嵩密度に凍結させること）が、螺旋状チューブにより外部から行なわれるのではなく、螺旋状溝３６により内部から行なわれる点である。さらに詳しく言えば、テーパーの付いていない部分３０が、螺旋状溝３６を備えた内側部分３８と、この内側部分３８を覆って溝を形成する外側スリーブ部分４０とを有する。冷却液は、テーパーのついた部分２８を貫通して内部冷却溝に連結されたチューブ４２（「冷媒入る」「冷媒出る」として示されている）を通じて供給される。冷却態様を除きこの触媒コンバータの組立て方法は、図２Ａおよび図２Ｂについて説明した方法と同一であるから、図２Ａおよび図２Ｂと同じ参照符号を図３の同様の部材に付してその説明は省略する。
【００３０】
図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、本発明による触媒コンバータの組立て方法の第２の実施の形態の工程が示されている。この方法は、上述のように、小径のテーパー付き部分と大径のテーパーの付いていない部分とを備えた圧縮具を用いることを含む。先ず図４Ａを参照すると、第１工程は、セラミックサブストレート１２を支持板４４上に載置し、次いでセラミックサブストレート１２の頂面上に圧縮具２６を組み付けて固定する。圧縮具２６を正しく固定する手段は、圧縮具２６を正しく保持できるものであれば如何なる手段であってもよい。本発明における固定手段は、支持板４４を貫通してセラミックサブストレート１２の底面に接する真空ライン４６を備えている。セラミックがハニカム多孔体であるという条件により、真空に引かれると（「真空」と表示されている）、セラミックサブストレート１２のみでなく、このセラミックサブストレート１２の頂面上に置かれた圧縮具２６も固定される。この方法は次に、金属シェル１４内に十分な量のマット層材料を挿入して、マット層付き金属シェルを形成するという上述したような態様で、マット層２２を金属シェル１４の内部に取り付けることを含む。マット層付き金属シェルは次に取付け板４８に固定する。
【００３１】
図４Ｂを参照すると、取付け板４８と、マット層付き金属シェル１４とを、上述のように組み付けられたサブストレート／圧縮具結合体に対し垂直方向に整列させ、次いで取付け板４８に下方向圧力を加え、これにより、マット層付き金属シェル１４とサブストレート／圧縮具とを相対的にスライドさせて、マット層２２を圧縮具２６のテーパーの付いていない部分３０に整列させる。ここで図４Ｃを参照すると、次の工程は、取付け板４８にさらに下方向圧力を加え、これにより、取付け板４８をさらに下方へ移動させて、取付け板４８を支持板４４に接触させ、かくしてマット層２２をセラミックサブストレート１２に整列させる。前述したように、圧縮具のテーパーの付いていない部分３０の断面形状および断面積は、セラミックサブストレート１２の断面形状および断面積に略調和し、かつセラミックサブストレート１２の断面よりも大きい。その結果、上記テーパーの付いていない部分３０がマット層２２に整列すると、マット層は初期（より高い）ギャップ嵩密度に圧縮され、マット層２２がセラミックサブストレート１２に整列させられると、マットはより低い最終ギャップ嵩密度に圧縮される。さらに、この組立て方法の付加的な効果は、圧縮具２６によりマット層２２に加えられた圧縮力が、セラミックサブストレート１２が完全にマット層２２の内側に配置された後に、セラミックサブストレート１２の表面に対して一様に施されることである。
【００３２】
本実施の形態は、第１の実施の形態とは異なり、連続的な工程であり、取囲みマットがサブストレート上に滑り込まされると初期圧縮から解放される。したがって、このマットの解放は連続的な工程であり、マットの各部分が圧縮具上を通り越して連続的にサブストレート上にスライドし、取囲みマットが完全にサブストレート上に位置するまで連続する。マットが完全にサブストレート上に位置するのに先立って、マットの前端部分が最終ギャップ嵩密度に達するが、マット全体は、取囲みマット層が完全にサブストレート上に位置するまで、この最終ギャップ嵩密度には達しない。
【００３３】
上述した第２の実施の形態で用いられる圧縮具の別の実施の形態が図４Ｄに示されている。詳しく説明すると、圧縮具２６の小径の予圧縮部は、テーパーの付いた部分３３と一様な太さの部分３５との二つの部分を備えている。大径部分３０にはテーパーが付けられており、その根元部は、セラミックサブストレート１２の断面形状に調和する断面形状と、セラミックサブストレート１２の断面積よりも大きい断面積とを有する。
【００３４】
図５Ａ〜５Ｃを参照すると、図１および２に示された触媒コンバータ１０の組立て方法の第３の実施の形態の工程が示されている。本実施の形態においては、圧縮具２６が、テーパーの付いた小径部分２８と、空洞部分５０を備えたテーパーの付いていない大径部分３０とを備えている。この大径部分３０の空洞５０は、この空洞５０内にセラミックサブストレート１２が取り付けられる大きさを有する。さらに、空洞５０の円筒状の周壁５２は、少なくともマット層２２の幅よりも長く、一方、上記円筒状の周壁５２の形状は、セラミックサブストレート１２の外周形状に調和している。
【００３５】
図５Ａは、この方法の最初の工程を示し、先ず空洞部分５０内にセラミックサブストレート１２を挿入し、圧縮具２６の周壁５２に取り付けられる支持部材４４を用いてセラミックサブストレート１２を空洞５０内に固定することを含む。
【００３６】
図５Ｂは、この方法の第２の工程を示し、マット層付き金属シェル１４を、圧縮具２６のテーパーの付いた部分２８上に嵌め込み、空洞部分５０がマット層２２の幅に整列しかつ空洞の周壁５２の下端が支持部材４４に当接するまで、マット層付き金属シェル１４を下方に押圧し、これによりマット層２２を圧縮することを含む。セラミックサブストレート１２とマット層２２との間に介入された周壁５２は、上述した実施の形態と同様に、マット層２２を金属シェル１４に対して最終ギャップ嵩密度よりも高い初期ギャップ嵩密度に圧縮する機能を有する。
【００３７】
ここで図５Ｃを参照すると、次の工程は、圧縮具２６および支持部材４４を取り外すことを含み、これにより、マット層２２の初期圧縮を徐々に解除し、マット層２２を徐々に弛緩させて、セラミックサブストレート１２によって圧縮されるようにする。圧縮具２６が完全に取り去られると、マット層２２はセラミックサブストレート１２に対し最終かつ所望のギャップ嵩密度に圧縮される。
【００３８】
図６Ａ〜６Ｄを参照すると、図１および２に示された触媒コンバータ１０の組立て方法の第４の実施の形態の工程が示されている。前述の実施の形態と同様に、この方法も、小径部分と大径部分とを備えた圧縮具を用いているが、本実施の形態における圧縮具６０は、隣接した二つの部材、すなわち外側のスリーブ６１と内側のプランジャ６６とからなる。外側のスリーブ６１は、テーパーの付いていない円筒状部分６２（小径部分）と、半径方向に拡張可能なテーパーの付いたコレット６４（大径部分）とを備え、コレット６４は外周を画成するテーパーの付いた一連の可動爪を備えてる。図７は、図６ＡのＡ−Ａ線に沿ったコレットおよびその可動爪を示す断面図である。本実施の形態に示されている圧縮具のコレット６４は、８個の拡張可能な可動爪６４Ａ〜６４Ｈを備えているが、本発明では、用いられる可動爪の実際の数については問題にしない。外側のスリーブ６１と同様に、内側のプランジャ６６も二つの部材からなる。プランジャ６６のテーパーの付いていない部分６８は、外側のスリーブ６１のテーパーの付いていない部分６２の内側においてこの部分６２に接し、かつこのテーパーの付いていない部分６２の内壁に沿ってスライド可能である。プランジャ６６のテーパーの付いた部分７０は、テーパーの付いたコレット６４内側に配置されてコレット６４に接し、かつテーパーの付いたコレット６４の内壁に沿ってスライド可能である。プランジャのテーパーの付いた部分７０はさらに、その底面に埋め込まれた少なくとも２個のスプリング７２を備えている。後述するように、これらスプリング７２とプランジャのテーパーの付いた部分７０とは、コレット爪を半径方向に拡張する機能を有する。
【００３９】
先ず図６Ａを参照すると、第１工程は、支持板４４上にセラミックサブストレート１２を配置し、次に圧縮具６０をセラミックサブストレート１２上に配置して、スプリング７２をサブストレート１２に接触させる。圧縮具６０は、スプリング７２を圧縮することなくこの圧縮具６０を正しく保持するのに十分な最小量の力で正しく保持される。前述の通り、サブストレート１２を正しく固定する手段は、このサブストレート１２を正しく保持することができれば如何なる手段であってもよい。本実施の形態においては、サブストレート１２の外周面に配置された多連サイズ規制具（ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｉｚｉｎｇｊａｗｓ）７４がサブストレート１２を正しく保持している。各サイズ規制具は二つのセクションからなり、（１）第１セクション７６は、他のサイズ規制具と組み合わされたときに、サブストレート１２の上部外周に直接接触し、（２）第２セクション７８は、サブストレート１２の上面よりも上方へ延びており、他のサイズ規制具と正しく組み合わされて、サブストレート１２の外径よりも僅かに大きい内径を画成する。
【００４０】
この組立て方法は、マット層２２を上述した態様で、すなわち、十分な量のマット層材料２２を金属シェル１４内に挿入して取囲みマット層を形成するという態様で、金属シェル１４内に取り付ける。次に、図６Ｂに示されているように、マット層付き金属シェル１４を取付け板４８に固定して、圧縮具６０の外表面上に嵌め込む。次に取付け板４８に下方への力を加え、これにより、マット層付き金属シェル１４を、上述のサブストレート・圧縮具結合体に対し垂直方向に整列させる。この下方への力は、マット層付き金属シェル１４が圧縮具の外表面に沿ってスライドするまで持続され、最終的にマット層２２が圧縮具６０のテーパーの付いていない部分６２に完全に整列する。圧縮具６０には、サブストレート１２の頂面に接触しているスプリング７２を支持するのに十分な上述の力を除いて、未だ如何なる力も加えられていないことに注目すべきである。
【００４１】
さらなる下方への力を圧縮具６０のみに加え、これにより、圧縮具６０をサブストレート１２に接触させようとする。プランジャ６６のスプリング７２はサブストレート１２の頂面に接触しているので、スプリングの反発力は、プランジャのテーパーに付いた部分７０が実際にサブストレートに接触するのを防止する。スプリングの反発力はテーパーの付いたコレット爪６４には影響しないので、コレットがプランジャのテーパーの付いた部分７０に沿ってスライドするのが許容される。その結果、コレット爪６４が半径方向に拡張されて、一連のサイズ規制具７８の上方部分７８に接触する。このようにして、圧縮具のサイズ、特にテーパーの付いたコレットのサイズがサブストレートのサイズに合致され、サブストレート間のサイズ偏差を調整する。換言すれば、この方法により、サブストレート間の外径の変動を補償することができる。
【００４２】
上述のようなスプリングを用いるよりも、プランジャ６６が一旦サブストレート１２に接触するとサブストレートから離れる方向に力を加えられて移動することが可能な他の手段を用いることが可能であると思われる。オプションとして、（１）プランジャをサブストレートから離れる方向に移動させる油圧機構をプランジャに組み込む、または（２）プランジャがサブストレートに接触したときに、プランジャがサブストレートから引き出されるように螺動することが可能なように、プランジャを螺装した圧縮具を用いる等がある。いずれの場合でも、プランジャ６６のサブストレートから離れる方向への移動が、圧縮具のテーパーの付いたコレット爪６４に影響を与えず、その結果、テーパーの付いたコレットがプランジャのテーパーの付いた部分７０に沿ってスライドする。前記と同様に、コレット爪６４が半径方向に拡張して、一連のサイズ規制具の上方部分７８に接触するという効果がある。
【００４３】
ここで図６Ｃを参照すると、次の工程は、取付け板４８を下方へ押圧し、これにより、マット層付き金属シェル１４を、一連のサイズ規制具７４に接触する位置の直上まで圧縮具６０の外表面に沿ってスライドさせ、そこでサイズ規制具７４を取り外すことを含む。図６Ｄは、サイズ規制具の取外し直後、取付け板４８に対しさらに下方への力を加え、これにより、マット層付き金属シェル１４を、取付け板４８が支持板４４に接触してマット層２２がセラミックサブストレート１２に整列するまでスライドさせることを含む。
【００４４】
上述の実施の形態は、圧縮具のテーパーの付いたコレットが、セラミックサブストレート１２の断面形状に調和した断面形状と、セラミックサブストレート１２の断面積よりも僅かに大きい断面積とを有する結果、マット層がサブストレートに整列する以前の初期ギャップ嵩密度が、取り付けられたマットの最終ギャップ嵩密度よりも高い。換言すると、マット層が完全にセラミックサブストレートに整列すると、マット層は弛緩し（圧縮が低下）、これにより、セラミックサブストレートにおいては、マット層の弛緩した圧縮力を受けるのみとなり、取囲みマット層はその最終ギャップ嵩密度に達する。
【００４５】
先の連続的実施の形態について記載したように、マットの圧縮緩和は連続的な工程であり、テーパーの付いたコレットから取囲みマットが力を受けてからサブストレート上に整列するまでの期間全体で行なわれる。取囲みマット全体がその最終位置を占める以前にそのリーディング部分が所定の最終ギャップ嵩密度に達するとしても、取囲みマットが完全にサブストレートに整列するまでは、取囲みマット全体がその最終ギャップ嵩密度に達することはない。
【００４６】
好ましい実施の形態においては、マットの剪断または損失の可能性を低減するために、この触媒コンバータの組立て方法は、二つの付加的な特徴、すなわち、（１）圧縮具およびサブストレートの挿入時に、取囲みマットを正しく保持し、（２）独特の形状の取囲みマット層を使用することを含んでいる。ここで図８を参照すると、取囲みマットを正しく保持する一つの実例、詳しく言うと弾性支持リングが示されている。金属シェル１４の一端に挿入されたこの弾性支持リング９０の位置決めにより、圧縮具がマット内を押し通されるときに取囲みマット２２が金属シェル１４内でスライドするのが防止される。これに代り、取囲みマットと金属シェルとの間に接着剤を施しても、マットを正しい位置に保持することができると思われる。
【００４７】
図８においてＡで示された部分の拡大図である図９Ａおよび９Ｂを参照すると、可撓性支持リング９０の構成および機能がより詳細に示されている。図９Ａは、可撓性支持リング９０が撓まされていない状態を示す。可撓性支持リング９０は、内側の可撓性リーフ部分９２を、このリーフ部分９２が外方に撓むのを許容する溝９４に隣接して備えている。図９Ａに示されているように、撓まされていない状態（すなわち、リーフ部分９２が撓んでいない）状態の可撓性支持リング９０は、圧縮具２６の大径部分の外径、すなわちテーパーの付いていない部分３０の外径よりも僅かに小さい内径を有する。可撓性支持リング９０のサイズを、ここに示された撓んでいない状態で、内径を圧縮具の最大外径よりも僅かに小さく設定することにより、取囲みマット層２２が可撓性支持リング９０を越えて押し出されることはなく、支持リング９０は取囲みマット２２の位置を一定に保つように機能するだけであることが保証される。
【００４８】
図９Ｂを参照すると、可撓性支持リング９０の撓まされた状態が示されている。ここに示されているのは、圧縮具２６が取囲みマット２２内を押し通り、圧縮具の最大外径部分（テーパーの付いていない部分３０）が取囲みマット２２の可撓性リーフ部分９２に近接した部分に接触した状態である。圧縮具がリーフ部分９２を外方へ撓ませて（溝９４が若干狭くなる）、圧縮具のより大径のサイズを補償し、これにより、隙間のない状態が保証され、したがってマットが上方へ引き上げられるのを防止する。
【００４９】
圧縮具２６と可撓性支持リングとの間にいかなる隙間も生じることなく、圧縮具２６が取囲みマット層２２に沿ってスライドするように、可撓性支持リング９０の撓んでいないときの正確な内径および溝９４のサイズ・幅を決定することは、当業者の知識の範囲内である。
【００５０】
再び図８を参照すると、平行四辺形の形状を有する取囲みマット２２が示されている。この初期のマット形状を得る最も簡単な方法は、取囲みマットの両端１４ａＡ，１４ｂを平行四辺形を形成する角度に切断し、かつ取囲みマット層の内側の前縁１４ｃを圧縮具２６に極く接近するように、金属シェル１４内で取囲みマット２２を方向づけることによって行なわれる。圧縮具２６が取囲みマット層２２に沿って押し通されるので、取囲みマットは、摩擦（すなわち抗力）によって、両端面がサブストレートの両端面に平行な正規の形状を呈するようになる。
【００５１】
圧縮具の修正版が図１０Ａおよび図１０Ｂに示されている。詳しく言うと、圧縮具のテーパーの付いたコレットの内部に位置しかつサブストレートに近接した部分である、プランジャの第２部分が、テーパーの付いた各コレット爪を独立的に、かつ半径方向に拡張させる手段を備えるように修正されている。このようなセグメントの独立的な半径方向の拡張の利点は、各コレット爪が、サブストレートのサイズに応じた半径方向距離のみ拡張され、かくして、サブストレートがいかなる非円形部分を備えていても、それが補償されることである。図１０Ａおよび図１０Ｂを詳細に参照すると、上記プランジャの第２部分は、単にＴ字状の基端部分８０であり、この基端部分８０は、テーパーの付いた各コレット爪６４の外周にそれぞれ配置された、一連のスプリング８２で付勢された楔８４に連結されている。これに加えて、さらに、テーパーの付いたコレット爪は、コレットの主部分から下方に延びるサイズ検知用延長部８６を備えている。さらに、コレット６４の外径のサイズは、マット層付き金属シェルの内部に組み付けられるべきサブストレート１２の外径よりも僅かに大きくなるように設定され、すなわち、サイズ検知用延長部８６がサブストレート１２の外周の外側に位置する。
【００５２】
図１１は、コレットおよびその可動爪の図１０ＡのＢ−Ｂ線に沿った平面図である。本実施の形態においては、圧縮具のコレットが、２４個の独立的に制御されるテーパーの付いた楔８４と、これらと組になって拡張可能な２４個の可動爪６４を備えているが、本発明は、テーパーの付いた楔・可動爪の数は問題にしない。
【００５３】
上記修正されたプランジャの使用方法は、プランジャの動作を除いて第４の実施の形態のそれに類似している。マット層付き金属シェル１４が、取り付けられた圧縮具６０の外表面に沿ってスライドしているときの或る時点で、かつ圧縮具６０がサブストレート１２に接触するように強制されるときに先立って、プランジャ６６はサブストレート１２から離れるように移動せしめられる。この方法では、スプリング８２が僅かに圧縮され、テーパーの付いた楔８４が、可動爪６４のテーパーの付いた部分に接触することを阻止され、すなわち、テーパーの付いた楔８４とテーパーの付いた可動爪６４との間に隙間８８が生じる。マット層付き金属シェル１４がテーパーの付いたコレット爪６４に向かってスライドする間の或る時点で、サイズ検知用延長部８６をサブストレート１２の外周面に保持させるのに十分な力を取囲みマットが供給する結果となる。独立的に半径方向に移動可能なコレット爪６４と、対応するサイズ検知用延長部８６とが直列に配置されている結果、各コレット爪６４はサブストレート１２の外周に接触せしめられ、かくしてサブストレート１２のサイズおよび形状に可能な限り密に調和する。換言すれば、各コレット爪６４は、サブストレート１２の外周に接触するまでの距離だけ、すなわち、他のコレット爪６４が半径方向に移動できる距離とは独立して半径方向内方へ独立的に移動する。このことは、前述の実施の形態では、すべてのテーパーの付いたセグメントが、同一の半径方向距離、あるいはサイズ規制部材に接触する最初のセグメントの距離に応じた距離だけ移動することとと相違する。
【００５４】
取囲みマット層付き金属シェル１４がコレット爪６４上に移動せしめられると、プランジャ６６はサブストレートに向かって移動せしめられて、スプリング８２に加えている圧縮力を取り去る。プランジャ６６がサブストレートに向かって移動せしめられる結果、テーパーの付いた楔８４は下降が許容されて、各楔８４に付随しているテーパーの付いたコレット爪６４の内表面に接触し、これにより、対応するコレット爪６４を取囲みマット２２に押しつける。スプリング８２は、コレット爪６４が取囲みマット２２に接触するように強制されるが、マットを圧縮せず、しかしサイズ規制延長部８６をサブストレート１２の外周に接触かつそこに停止させる本来の位置にコレット爪６４を保持するだけである。その結果、マットは初期ギャップ嵩密度に圧縮されるが、サブストレート１２は損傷したり押しつぶされたりしないように保護される。取囲みマット層付き金属シェル１４がさらにサブストレート１２に向かって下降せしめられるのにつれて、取囲みマット層２２は緩められて、サブストレート１２に対し所定の最終ギャップ嵩密度２圧縮される。
【００５５】
かくして、この最後の実施の形態においては、完成したハニカムセラミックの寸法の部分的偏差、非円形変化に関係なく、一定、一様かつ理想的な摩擦保持力を存続させた触媒コンバータを製造することが可能になった。
【００５６】
前述した実施の形態と同様に、マットの解除は連続的工程であり、取囲みマットがテーパーの付いた独立的コレットからサブストレートに移される全期間に生じる。前述したように、取囲みマット全体がその最終位置を占める以前にリーディング部分が所定の最終ギャップ嵩密度に達するとしても、取囲みマットが完全にサブストレートに整列するまでは、取囲みマット全体がその最終ギャップ嵩密度に達することはない。
【００５７】
上述した各実施の形態は、マットをサブストレートに対し圧縮するために圧縮具を用いているが、取囲みマットが、金属シェル内への挿入に先立って初期ギャップ嵩密度に圧縮されていてもよく、例えば、取囲みマットをプラスチックラップ内に真空シールしてから金属シェル内に挿入するようにしてもよい。その場合、先ず取囲みマットを金属シェルの内側に挿入し、次に取囲みマットを備えた金属シェル内にセラミックサブストレートを挿入し、その後、上記プラスチックラップをパンクさせるようにしてもよい。プラスチックラップがパンクさせられると、空気がマット内に侵入してマットを膨張させ、セラミックサブストレートに対しマットが所定の最終ギャップ嵩密度に圧縮されることになる。取囲みマットの周囲に残存するプラスチックラップは、実際の動作中にコンバータが高温になると直ちに焼切られる筈である。
【００５８】
触媒コンバータの組立てに用いられる実施の形態に関係なく、正常なエンジン動作中におけるセラミックサブストレートの軸線方向の移動を防止する十分な半径方向の圧力をセラミックサブストレートが受けるように、マット層がセラミックサブストレートに対し圧縮されることに注目すべきである。
【００５９】
要するに、本発明は、サブストレートを正しく保持する十分な係止力を示すマット層付き触媒コンバータを製造するために十分高い圧縮力を用いながら、マット層を損傷させないために、十分に低い「マット解放」圧縮力を用いている。さらに、上記圧縮力は、ガス腐食に耐えるのために十分に濃密なマット層を得るのに十分である。
【００６０】
具体例
本発明の原理をさらに説明するために、本発明により作成されたハニカム・金属シェル・アセンブリの一例と、従来方法で作成されたハニカム・金属シェル・アセンブリの二例とを記載する。しかしながら、それらの具体例は、説明のためにのみ掲げたものであり、本発明はそれに限定されず、本発明の精神から離れることなしに、種々の変形および変更が可能なことを理解されるであろう。
【００６１】
具体例１は、上述した本発明の第２の実施の形態に従って組み立てられたハニカム・金属シェル・アセンブリである。この具体例で用いられたハニカムサブストレートは、長さ３インチ（７．６ｃｍ）、３５０セル／平方インチ（６．４５ｃｍ^２）のコージエライト製ハニカムサブストレートであり、直径約４．１６インチ（１０．６ｃｍ）、セル壁の厚さは５．５ミル（０．１４ｍｍ）であった。用いられた取囲みマットは、発泡性層と非発泡性層との双方からなるハイブリッド積層体であり、基本重量は４５５０ｇ／ｍ^２である。組立て作業中および組立て後にサブストレートが受ける圧力分布はＴｅｋｃａｎ圧力サンサを用いて測定した。サブストレートの軸線方向長さに沿った点におけるサブストレートの半径方向断面積が受ける最大圧力を詳細に測定しかつ記録した。
【００６２】
図１２を参照すると、具体例１における半径方向圧力分布（ｐｓｉ，ポンド／平方インチ）がそこに報告されている。図１２の実験は、圧縮具を用いた組立て工程中には、サブストレートは如何なる圧力も受けず、かつサブストレートが蒙った最大圧力は、最終的な組立て形態にされた後に受けた圧力であったことを示している。換言すれば、サブストレートは組立て後に最大圧力を受け、かつその圧力は約７５ｐｓｉ（５２５×１０^３Ｐａ）であった。
【００６３】
具体例２は、標準的な「スタッフマウンティング」（Ｓｔｕｆｆ−ｍｏｕｎｔｉｎｇ）法を用いて組み立てられたハニカム・缶アセンブリであり、用いられたセラミックサブストレートおよび取囲みマットは、具体例１で用いられたものと同じタイプ，同じ寸法である。図１３を参照すると、組立て作業中および組立て後の双方における具体例２に関する圧力分布が報告されており、双方ともｐｓｉで記録されている。図１３の実験は、スタッフマウンティング法を用いた組立て作業中にサブストレートが蒙る最大圧力を示し、その圧力は２００ｐｓｉ（１４００×１０^３Ｐａ）よりも大きかった。
【００６４】
具体例３は、標準的な「止血帯ラップ」（Ｔｏｕｒｎｉｑｕｅｔ−ｗｒａｐ）法を用いて組み立てられたハニカム・缶アセンブリであり、用いられたセラミックサブストレートおよび取囲みマットは、具体例１で用いられたものと同じタイプ，同じ寸法である。図１４を参照すると、組立て作業中および組立て後の双方における具体例３に関する圧力分布が報告されており、双方ともｐｓｉで記録されている。図１４の実験は、止血帯ラップ法を用いた組立て作業中にサブストレートが蒙る最大圧力を示し、その圧力は約１５０ｐｓｉ（１０５０×１０^３Ｐａ）よりも大きかった。
【００６５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、当業者であれば、本発明の範囲または精神から離れることなしに種々の変形、変更が可能なことを理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１Ａは本発明の方法に従って作成された、ハニカム構造体を備えた触媒コンバータの概略的縦断面図、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線に沿った触媒コンバータの断面図
【図２】
図２Ａ，図２Ｂは、本発明による触媒コンバータの組立て方法の第１の実施の形態の作成工程を示す断面図
【図３】
本発明による触媒コンバータの組立て方法の第１の実施の形態の変形を示す断面図
【図４】
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明による触媒コンバータの組立て方法の第２の実施の形態の作成工程を示す断面図
【図５】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明による触媒コンバータの組立て方法の第３の実施の形態の作成工程を示す断面図
【図６】
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明による触媒コンバータの組立て方法の第４の実施の形態の作成工程を示す断面図
【図７】
第４の実施の形態で用いられる圧縮具のテーパーの付いた部分の図６ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図
【図８】
本発明の触媒コンバータの組立て方法の可撓性支持リングを用いた実施の形態を示す断面図
【図９】
図９Ａ，図９Ｂは、図６にＡで示した部分の拡大断面図
【図１０】
図１０Ａ，図１０Ｂは、本発明による触媒コンバータの組立て方法の第４の実施の形態の修正された実施の形態を示す断面図
【図１１】
修正されたプランジャの図８のＢ−Ｂ線に沿った断面図
【図１２】
本発明の方法により組み立てられたセラミックハニカムサブストレートの半径方向領域を横切る圧力分布を示す圧力分布グラフ
【図１３】
スタッフマウンティング法により組み立てられたセラミックハニカムサブストレートの半径方向領域を横切る圧力分布を示す圧力分布グラフ
【図１４】
止血帯ラップ法により組み立てられたセラミックハニカムサブストレートの半径方向領域を横切る圧力分布を示す圧力分布グラフ
【符号の説明】
１０　　触媒コンバータ
１２　　セラミックサブストレート
１４　　金属シェル
２２　　マット層
２６　　圧縮具
２８　　圧縮具の小径部分
３０　　圧縮具の大径部分
５０　　空洞部分

Claims

弾性を有する支持マットに取り囲まれかつ金属シェル内に取り付けられたモノリシックなセラミックサブストレートを備えた触媒コンバータの組立て方法において、
端部が開放された一体型金属シェルを提供し、
該金属シェルの内面に、弾性を有するマット材料を配置して取囲みマット層を形成し、
該取囲みマット層を圧縮し、
該取囲みマット層を前記金属シェルの内面上に保留しながら、前記セラミックサブストレートを前記金属シェル内に挿入する、
諸工程を含むことを特徴とする触媒コンバータの組立て方法。
内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための触媒コンバータの組立て方法であって、該コンバータが、弾性を有する支持マットに取り囲まれかつ金属シェル内に封じ込まれたモノリシックなセラミックサブストレートを備えてなるものにおいて、
前記セラミックサブストレートの形状に実質的に調和した所定の形状を有する金属シェルを提供し、
十分な量の前記支持マットの材料を前記金属シェル内に挿入して、取囲みマット層付き金属シェルを形成し、
前記取囲みマット層を、所定の最終ギャップ嵩密度よりも高い初期ギャップ嵩密度に圧縮し、
前記マット層に対する加圧を解除し、前記取囲みマット層で裏打ちされた金属シェル内に前記セラミックサブストレートを挿入し、その結果前記マット層が前記セラミックサブストレートに対して前記所定の最終ギャップ嵩密度に圧縮されるようにする、
諸工程を含むことを特徴とする触媒コンバータの組立て方法。
前記取囲みマット層を圧縮する工程が、
小径部分と大径部分とを有する圧縮具であって、該大径部分が、前記セラミックサブストレートの断面形状に実質的に調和した断面形状と、前記セラミックハニカムサブストレートの断面積よりも大きい断面積とを備えたものである圧縮具を提供し、
該圧縮具を前記取囲みマット層付き金属シェル内に挿入し、かつ前記圧縮具を前記取囲みマット層付き金属シェル内で移動させて、前記大径部分を前記取囲みマット層に接触させ、これにより、前記マット層を前記初期ギャップ嵩密度に圧縮し、
前記圧縮具を所定の位置に残したままで、前記圧縮されたマット層を冷却し、これにより該マット層を圧縮状態に保つ、
各工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
前記マット層が所定の期間圧縮状態に保たれた後、前記圧縮解除工程が、前記圧縮具を取り除き、次に、前記マット層が前記最終ギャップ嵩密度に達する以前に、前記セラミックサブストレートを挿入する工程を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
前記取囲みマット層を圧縮する工程が、
圧縮具であって、該圧縮具の前記小径部分がテーパーの付いた部分であり、前記大径部分が空洞を備えたテーパーの付いていない部分であり、該空洞を備えたテーパーの付いていない部分は、前記セラミックサブストレートを前記空洞内に組み付け得る大きさを有し、前記空洞を備えたテーパーの付いていない部分は、前記取囲みマット層の幅よりも少なくとも長い長さの円筒状周壁を備え、該周壁の形状が前記セラミックサブストレートの形状に実質的に調和しているものである圧縮具を提供し、
前記セラミックサブストレートを前記空洞内に挿入し、前記圧縮具の周壁に取り付けられた支持部材を用いて前記セラミックサブストレートを前記空洞内に固定し、
前記取囲みマット層付き金属シェルを、前記圧縮具のテーパーの付いていない部分が前記マット層の幅に整列しかつ前記支持部材に当接するまで、前記圧縮具のテーパーの付いた部分上にスライドさせ、これにより前記マット層を前記初期ギャップ嵩密度に圧縮する、
諸工程を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
前記解除工程が、前記圧縮具および前記支持部材を取り除き、これにより、前記マット層を前記初期ギャップ嵩密度にしていた初期圧縮を解除して、該マット層を解放し、かつ該マット層が前記セラミックサブストレートに対して前記所定の最終ギャップ嵩密度に圧縮されるのを許容する各工程を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
前記取囲みマット層を圧縮する工程が、
圧縮具であって、該圧縮具の前記小径部分がテーパーの付いた部分であり、かつ前記大径部分が、前記取囲みマット層の幅よりも少なくとも長い長さと、前記セラミックサブストレートの断面形状に調和した断面形状と、前記セラミックハニカムサブストレートの断面積よりも大きい断面積とを備えたテーパーの付いていない部分であるものである圧縮具を提供し、
前記セラミックサブストレートを支持板上に配置した後、前記圧縮具を前記セラミックサブストレートの頂面上に取り付けかつ固定し、
前記セラミックサブストレートと前記取り付けられた圧縮具とを整列させ、
前記取囲みマット層付き金属シェルを取付け板に固定し、
サブストレート・圧縮具結合体と、前記取付け板に取り付けられた前記取囲みマット層付き金属シェルとの双方を、前記支持マットが前記テーパーの付いていない部分に整列するまでスライドさせ、これにより、前記マット層を圧縮する、諸工程を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
前記解除工程がさらに、
前記サブストレート・圧縮具結合体と、前記取付け板に取り付けられた取囲みマット層付き金属シェルとの双方を、前記取付け板が前記支持部材に当接するまでスライドさせて、前記マット層を前記セラミックサブストレートに整列させ、これにより、前記マット層を前記初期ギャップ嵩密度にしていた初期圧縮を解除して、該マット層がその最終ギャップ嵩密度に達するのを許容する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
前記圧縮具が円錐形工具を含み、前記大径部分が、前記セラミックサブストレートの断面形状に実質的に調和した断面形状と、前記セラミックハニカムサブストレートの断面積よりも大きい断面積とを呈するような最大外径を備えた前記円錐形工具の部分であることを特徴とする請求項９記載の方法。
前記支持マットを圧縮する工程が、
圧縮具であって、該圧縮具が、テーパーの付いていない部分を含む小径部分と、半径方向に拡張可能な、区分されたテーパー付きコレットを備えた大径部分とを有し、該テーパー付きコレットが、前記セラミックハニカムサブストレートの断面積に等しいかまたはそれよりも大きい断面積に拡張可能であるものである圧縮具を提供し、
該圧縮具の前記テーパーの付いていない部分上に前記取囲みマット層付き金属シェルを嵌め込み、該取囲みマット層付き金属シェルを、前記テーパーの付いていない部分が前記マット層を圧縮するように該マットの幅に整列するまで前記テーパーの付いていない部分に沿ってスライドさせ、
前記テーパー付きコレットを、前記セラミックハニカムサブストレートの断面積よりも大きい断面積となるように半径方向に拡張し、
さらに、前記取囲みマット層付き金属シェルを、該取囲みマット層付き金属シェルが前記テーパー付きコレットに整列するまで前記テーパーの付いていない部分に沿ってスライドさせ、これにより、前記支持マットを前記初期ギャップ嵩密度にさらに圧縮する、
各工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
モノリシックなセラミックサブストレートと、弾性を有する取囲みマット層と、金属シェルとを備えた触媒コンバータを組み立てるための装置であって、
前記セラミックサブストレートを所定の位置に支持する支持部材と、
前記取囲みマット層を前記金属シェルに対し圧縮する圧縮具と、
前記取囲みマット層および前記金属シェルを、前記圧縮具を越えて前記セラミックサブストレート上にスライドさせる手段と、
を備えていることを特徴とする触媒コンバータの組立て装置。